[發(fā)明專利]一種開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性在線測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510028872.3
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104539212A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蒯松巖;孫文兵;王從慶;馬金洋;湯銳智;李興紅;沈恂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性在線測量方法，屬于開關(guān)磁阻電機(jī)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)具有結(jié)構(gòu)簡單、容錯性強(qiáng)、工作可靠和效率高等優(yōu)點，已經(jīng)在工業(yè)、家用電器、航空航天等領(lǐng)域等許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。為了獲取較大力矩，電機(jī)的導(dǎo)磁磁路通常被設(shè)計得較為飽和，這樣就難以建立參數(shù)化、解析化數(shù)學(xué)模型，無法對其系統(tǒng)性能進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估。由于磁鏈特性是電機(jī)數(shù)學(xué)模型的重要組成部分，因此，獲得磁鏈特性并建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是實現(xiàn)系統(tǒng)高性能控制的首要任務(wù)。現(xiàn)有較為可行的磁鏈特性獲取方法通常有兩種，分別是有限元分析方法和實驗測量法。

有限元分析法是采用有限元分析軟件對電機(jī)磁場進(jìn)行靜態(tài)分析計算來求取不同轉(zhuǎn)子位置下磁鏈曲線。有限元法雖然全面考慮了電機(jī)的各種因素，提高了準(zhǔn)確性，但計算過于耗時繁瑣，且受電機(jī)尺寸和電機(jī)個體差異影響較大，沒有得到廣泛的應(yīng)用。因此實驗測量法依然是目前獲取磁鏈特性的主要方法，而傳統(tǒng)的實驗測量法為堵轉(zhuǎn)實驗測量法，其測量精度高，但需要增加額外的測試平臺和設(shè)備，數(shù)據(jù)需隨轉(zhuǎn)子位置變化的每一個角度逐個記錄，屬于離線測量，可移植性較差。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足，提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性在線測量方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明方法在開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的不同開關(guān)模式下，通過對其繞組相電壓重構(gòu)，估算繞組磁鏈等效電阻，并根據(jù)誤差實時調(diào)節(jié)與優(yōu)化；在此基礎(chǔ)上，采用一種基于半周期激勵磁鏈的在線實驗測量方法，構(gòu)建以DSP為核心的在線檢測系統(tǒng)；通過一系列有序的空載和帶載運(yùn)行，采集必要的相電壓、相電流、位置角度數(shù)據(jù)，經(jīng)由控制系統(tǒng)軟件計算出磁鏈，然后將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)繪制磁鏈特性曲線。

一種開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性在線測量方法，該方法包括如下步驟：

步驟(1)，在不同功率變換器的開關(guān)模式下，考慮功率器件IGBT的導(dǎo)通壓降，根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的電壓方程得出磁鏈ψ_k微分表達(dá)式；

步驟(2)，為了簡化分析，假設(shè)功率器件IGBT導(dǎo)通壓降V_T和二極管導(dǎo)通壓降V_D相同(由于V_T和V_D隨電流變化的特征相同)，根據(jù)步驟(1)得出磁鏈ψ_k表達(dá)式；

步驟(3)，根據(jù)步驟(2)中磁鏈表達(dá)式得出開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈等效電阻；

步驟(4)，選取一個初始磁鏈等效電阻，進(jìn)行一次測量，再根據(jù)等效電阻校準(zhǔn)原理判斷其偏向，若等效電阻偏大，則在下一次測試中減小等效電阻，反之，增大等效電阻，直到等效電阻匹配為止；

步驟(5)，根據(jù)步驟(4)中校準(zhǔn)好的磁鏈等效電阻，基于磁鏈在線檢測平臺，通過半周期激勵磁鏈的在線實驗測量，具體的實驗步驟如下：

a.系統(tǒng)采用電流單閉環(huán)運(yùn)行方式，設(shè)置初始給定電流，通過電流斬波控制方式將繞組中的電流穩(wěn)定在給定值附近；

b.導(dǎo)通角設(shè)置為0°，關(guān)斷角設(shè)置為22.5°，保證每相繞組激勵區(qū)間為電感半周期上升區(qū)，以便能夠獲取轉(zhuǎn)子由非對齊到對齊所有的磁鏈數(shù)據(jù)；

c.啟動電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至200-300r/min左右時，以一個采樣周期開始對三相電流、磁鏈、位置角度和直流母線電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣；

d.獲取4096個采樣點數(shù)據(jù)之后發(fā)出停機(jī)指令，并將采樣獲取的數(shù)據(jù)樣本存儲至主控板的外部RAM中；

e.重新設(shè)置給定電流值(間隔為5A)，反復(fù)以上操作，直到完成0-60A電流范圍內(nèi)所有數(shù)據(jù)的測量工作；

步驟(6)，根據(jù)步驟(5)中獲得的數(shù)據(jù)，經(jīng)由控制系統(tǒng)軟件計算出磁鏈，最后將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)繪制磁鏈曲線；

根據(jù)以上所述方法即可得到開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈特性曲線。

有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，直接利用電機(jī)的電壓、電流和位置角度計算磁鏈，無需增加額外的測試設(shè)備，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單可靠，運(yùn)行高效，成本更加低廉。以三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)為控制對象，首先對磁鏈等效電阻校準(zhǔn)與優(yōu)化，從而提高測量精度，然后根據(jù)電機(jī)的空載和帶載運(yùn)行，采集采集必要的相電壓、相電流、位置角度數(shù)據(jù)。測得結(jié)果對于分析電機(jī)性能，實現(xiàn)更優(yōu)的控制方法，以及研究無位置傳感器控制算法等方面提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為數(shù)學(xué)建模、性能分析等后續(xù)研究提供參考。

優(yōu)點：本發(fā)明的磁鏈在線測量方法簡易可行，計算量大大降低，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，實用性高。

附圖說明

圖1是開關(guān)磁阻電機(jī)不同開關(guān)模式下的電路原理圖。