[發明專利]四象限無位置傳感器開關磁阻電機控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201110197279.3
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102291068A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 蒯松巖;譚國俊;張旭隆;代尚方;李大鵬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及一種開關磁阻電機控制裝置及方法，尤其適用于礦井牽引采煤機使用的四象限無位置傳感器開關磁阻電機控制裝置及方法。

背景技術

開關磁阻電動機(Switched?Reluctance?Motor，簡稱SRM)是雙凸極可變磁阻電動機。其定、轉子的凸極均由普通硅鋼片疊加而成。轉子既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組串聯構成一個兩極磁極，稱為“一相”。SRM可以設計成多種不同相數結構，且定、轉子的極數有不同搭配。基于SRM的特點，開關磁阻電動機具有結構簡單牢固和控制方便靈活、具有較寬的轉速及功率范圍等優點，廣泛應用在牽引運輸、通用工業、航空、家用電器等各個領域，已成為當代電氣傳動的熱門課題之一。而位置檢測環節是開關磁阻電動機驅動系統的重要組成部分，檢測到的位置信號既是繞組開通與關斷的依據，也為轉速閉環控制提供了轉速信息。目前，常見的做法是在SRM驅動系統引入位置傳感器，但是這樣增加了SRM結構的復雜性，增加了成本和潛在的不穩定性，而且由于傳感器分辨率的限制，導致SRM驅動系統高速運行性能下降。為此，出現了多種取消傳感器的位置測量方案，如專利申請號為：2009100317716公開的“一種適合高速的開關磁阻電機無位置傳感器控制方法”和專利申請號為：2010102387716公開的“一種開關磁阻電機無位置傳感器轉子位置估計方法”，這兩種方法都是采用測量、監視SR電動機一相或幾相繞組的電流和磁鏈或電感來推斷轉子的瞬時位置，即在給定運行條件下，通過瞬時磁鏈ψ或電感L的測量，再由預先貯存的電動機磁化特性的ψ(θ，i)數據表計算出對應的轉子即時位置。這兩種方法既能辨認當磁鏈ψ(或L)越過特定閾值時所對應的某特定參考位置(閾值對應的位置通常是最大電感或最小電感位置處)，完成電動狀態下低速或高速運行的開關磁阻電機相切換功能，并可構成轉速閉環系統提高系統調速性能。但是這種位置估計方法沒有運用到開關磁阻電機的四象限運行，同時開關磁阻電機的電動模式、制動模式和兩種模式的切換控制也沒有實現，限制了其適用范圍。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足，提供一種結構簡單、使用方便的四象限無位置傳感器開關磁阻電機控制裝置及方法。

技術方案：本發明的四象限無位置傳感器開關磁阻電機控制裝置，包括可控整流控制回路和有源逆變控制回路，可控整流控制回路和有源逆變控制回路之間連有直流電容器；

所述的可控整流控制回路包括與三相交流電源連接的電源電壓檢測裝置和電源電流檢測裝置，電源電壓檢測裝置和電源電流檢測裝置的輸出端分別與整流主控制器的輸入端相連，整流主控制器的輸出端與整流側驅動裝置的輸入端相連，將交流電轉換為成恒定直流電，整流側驅動裝置與整流橋相連；

所述的有源逆變控制回路包括與三相12/8開關磁阻電機相連的不對稱半橋線路功率變換器，不對稱半橋線路功率變換器輸入端連有母線側電壓檢測裝置，其輸出端設有電流檢測裝置，母線側電壓檢測裝置和電流檢測裝置的輸出端分別與逆變主控制器的輸入端相連，逆變主控制器的輸出端通過逆變側驅動器連接不對稱半橋線路功率變換器。

所述的整流主控制器、逆變主控制器均為TI公司的2812DSP處理器；所述的電源電壓檢測裝置、電源電流檢測裝置、母線側電壓檢測裝置和電流檢測裝置均為霍爾傳感器；所述的整流側驅動裝置和逆變側驅動裝置均為CONCEPT公司的6SD106驅動模塊。

一種四象限無位置傳感器開關磁阻電機控制方法，包括以下步驟：

a.對三相12/8開關磁阻電機三相中的一相通電，檢測三相12/8開關磁阻電機的定子、轉子對齊位置以及不對齊位置的電流值和電壓值，計算得到最大參考磁鏈ψ_{ref_max}和最小參考磁鏈ψ_{ref_min}；

b.啟動三相12/8開關磁阻電機，逆變主控制器向不對稱半橋線路功率變換器發送高頻脈沖信號，將整流器12輸出的直流電壓變換成100μs的激勵脈沖輸入到三相12/8開關磁阻電機的三相繞組中，得到相應的三個響應電流，比較三個響應電流的大小決定導通相；

c.三相12/8開關磁阻電機進入電動狀態后，采用母線側電壓檢測裝置檢測得到的三相12/8開關磁阻電機的實時相電壓和三相電流傳感器檢測得到的實時相電流經逆變主控制器計算得到電動狀態下的實時磁鏈ψ_est，

當實時磁鏈ψ_est小于最大參考磁鏈ψ_{ref_max}時，則重新檢測實時磁鏈ψ_est；