[發明專利]一種基于端電壓的電勵磁雙凸極電機低速運行無位置傳感器法

有效

• 申請號: 201310606447.9
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103595313A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 趙耀;王慧貞;華潔;王永杰;鄒云飛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電勵磁雙凸極電機無位置傳感器控制方法，屬于電勵磁雙凸極電機控制技術領域。

背景技術

電勵磁雙凸極電機結合了永磁電機和開關磁阻電機的優點，其轉子上沒有繞組和永磁體，結構簡單，同時定子上用勵磁繞組代替永磁體建立主磁場，勵磁電流調節電壓容易而廣泛應用于軍事，新能源等場合。無位置傳感器技術作為一種新穎的電機控制技術而被廣泛應用于航空航天，工業信息等各個領域的研究中。對低速無位置傳感器技術的研究，主要是在反電勢不容易采集的條件下，利用電機的其它特征準確得到換相點，低速無位置方法的應用擴展了電勵磁雙凸極電機的應用范圍，提高了電機系統的集成度，確保電機在高溫、強磁場等位置傳感器容易受到干擾的場合的應用奠定了基礎。

目前還沒有針對電勵磁雙凸極電機的低速無位置運行的研究，電勵磁雙凸極電機與開關磁阻電機的結構和數學模型類似，國內外學者對開關磁阻電機低速位置檢測展開了大量的研究，研究方法大多是利用電機的相電流變化來估計磁鏈、自感、增量電感以及反電勢等電磁信息，并利用這些電磁特性參數與位置角、相電流之間的非線性關系來間接獲取轉子位置信息，從而實現轉子位置估計。利用高頻脈沖注入檢測響應電流的方法最為常用，該方法直接利用直流母線電壓，無需外加激勵源，低速運行時根據斬波電流以及向非導通相注入高頻檢測脈沖來實時檢測轉子電感變化趨勢，進而判斷轉子位置。

這些方法可以實現開關磁阻電機低速運行的轉子位置檢測，然而這些方法都需要實時檢測電機各相繞組的電流響應或者通過電流響應計算電機的電感，電勵磁雙凸極電機與開關磁阻電機的主驅動電路拓撲不同，電勵磁雙凸極電機同一時刻有兩相繞組串聯導通，相與相之間存在耦合，在低速運行時若通過給不導通相注入脈沖來檢測響應電流或者實時計算電感必然會使電機產生負轉矩，容易受到干擾，造成電機無法平穩起動，低速運行時反電勢無法直接檢測，而無位置檢測技術就是對電機換相點的精確檢測，時刻計算電機各相的電感值會增加系統的運算時間，同時波形的非正弦化會給檢測帶來困難，本專利提出一種利用端電壓閾值來檢測電勵磁雙凸極電機低速運行時換相位置的方法，確保電機平穩運行。

發明內容

本發明在傳統的電阻采樣端電壓法基礎上，結合電勵磁雙凸極電機的電磁特性，提出了一種新穎的基于端電壓閾值的電勵磁雙凸極電機低速運行無位置傳感器估計法，該方法需要解決的問題是：克服傳統的各種無位置法需要電流傳感器采樣響應電流實現位置判斷，干擾性強的弱點，克服了低速運行時無法檢測反電勢，需要外接電路等弊端，得到一種簡便容易實現的無位置傳感器控制策略，為電勵磁雙凸極電機低速平穩運行奠定了基礎。本發明適用于任何相數大于三相的電勵磁雙凸極電機。

本發明為實現上述解決方案，采用如下技術策略：

1)通過仿真或者實驗測得同時導通的兩相在電機換相位置的電樞繞組自感值，通過計算得到換相點的端電壓系數K，直流母線電壓與端電壓系數K的乘積即為換相端電壓閾值，計算得到的閾值為0；

2)電機低速運行時，導通相的兩個開關管同時進行高頻斬波，此時分別不停的檢測開關管開通時和二極管續流時任意非導通相的端電壓，并采樣進控制器中；

3)在控制器中用開關管開通時任意非導通相的端電壓減去二極管續流時任意非導通相的端電壓，得到的差值與步驟1)中預先設定的換相端電壓閾值進行比較，當端電壓差值大于換相端電壓閾值時，繼續回到步驟2)，檢測開關管開通時和二極管續流時另一個非導通相的端電壓，并采樣進控制器中做差；

4)當步驟3)所得到的端電壓差值等于或小于換相端電壓閾值時，電機開始換相，導通另外一組開關管，完成換相，此時根據電流大小進行高頻斬波，繼續分別檢測當前導通的開關管開通和二極管續流時任意非導通相的端電壓，做差后與閾值進行比較，依次循環；

根據以上步驟可以完成電勵磁雙凸極電機的低速運行時電機換相點的判斷，實現電機換相點的精確檢測，滿足電機無反轉帶載穩定運行，算法簡單，無需任何額外硬件，實現方便，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是三相12/8結構電勵磁雙凸極電機二維結構圖；

圖2是三相電勵磁雙凸極電機驅動電路圖；

圖3是基于端電壓閾值的電勵磁雙凸極電機低速運行無位置方法的流程圖；

圖4是三相電樞繞組兩兩串聯自感仿真波形；

圖5是開關管S1和S6開通時三相電勵磁雙凸極電機驅動電路圖；

圖6是開關管S1和S6關斷，二極管D3和D4續流時三相電勵磁雙凸極電機驅動電路圖；