电源技术中的基于开关磁阻电机系统的功率变换器设计

摘 要：开关磁阻电机驱动系统（SRD）是一种新型无级调速系统。文章以开关磁阻电机的功率变换器为主要研究对象，重点分析了经典的半桥型功率变换电路及一种新型的软开关功率变换电路，并对其进行了Matlab/Simulink仿真研究，比较了基于这两种功率变换电路的SRD在相同工作条件下所表现出的不同特性。 　　0 引 言 　　开关磁阻电机驱动系统（SRD）是由电力电子技术、控制技术及计算机技术与传统磁阻电机相结合，发展起来的新型无级调速系统。功率变换器是开关磁阻电机驱动系统的重要组成部分，在电机成本中占有很大比重，其性能的好坏将直接影响到电机的工作效率和可靠性。功率变换器拓扑结构的不同主要表现在电 【开关磁阻电机驱动系统（SRD）】开关磁阻电机驱动系统是一种现代无级调速系统，结合了电力电子技术、控制技术和计算机技术，它与传统的磁阻电机相结合，提供了一种高效、灵活的调速解决方案。在SRD中，【功率变换器】扮演着至关重要的角色，它不仅调节电机的运行功率，还能抵抗电网波动的影响。 【功率变换器的拓扑结构】常见的功率变换器拓扑包括半桥型和软开关型。半桥型变换电路由两个反向并联的开关组成，控制电机绕组的电流流向。而软开关变换电路则通过特定的电路设计，使得开关器件能在接近零电压或零电流的状态下切换，从而降低开关损耗，提高效率。 【半桥型功率变换电路】这种电路是最基础的形式，通过控制开关元件的导通和关断时间来调整电机的输出功率。在SRD中，通常采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为主开关器件，因为它们能承受高电压和大电流，且开关速度快。 【新型软开关功率变换电路】相较于经典半桥型，新型软开关变换电路引入了软开关辅助电路，包括谐振电感、谐振电容和辅助开关等，这些设计有助于减少开关损耗，实现更平滑的开关过程，从而改善整体系统效率和可靠性。此外，RCD缓冲吸收回路用于保护IGBT，防止过电压和电流冲击。 【功率变换器设计】设计新型功率变换电路时，需要考虑电路结构、软开关辅助电路的工作原理以及PWM调制策略。例如，充电阶段通过谐振电路为电容充电，PWM期间通过调整占空比来控制电机功率，而在放电阶段，辅助开关开启，电容能量得以安全释放。 【仿真研究】利用Matlab/Simulink软件进行仿真，可以模拟和对比不同功率变换电路在相同工作条件下的电机性能，包括效率、动态响应和电磁兼容性等关键指标。 开关磁阻电机驱动系统中的功率变换器设计是电力电子技术的一个重要应用，其设计的优化直接影响到电机的性能和系统的整体效率。通过深入研究和仿真，可以不断探索新的拓扑结构和控制策略，以提升开关磁阻电机驱动系统的性能。