[發明專利]一種開關磁阻電機磁鏈特性在線測量方法

在審

• 申請號: 201510028872.3
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104539212A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）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）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種開關磁阻電機磁鏈特性在線測量方法，屬于開關磁阻電機控制領域。

背景技術

開關磁阻電機(SRM)具有結構簡單、容錯性強、工作可靠和效率高等優點，已經在工業、家用電器、航空航天等領域等許多領域得到了應用。為了獲取較大力矩，電機的導磁磁路通常被設計得較為飽和，這樣就難以建立參數化、解析化數學模型，無法對其系統性能進行準確預估。由于磁鏈特性是電機數學模型的重要組成部分，因此，獲得磁鏈特性并建立準確的數學模型是實現系統高性能控制的首要任務。現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磁場進行靜態分析計算來求取不同轉子位置下磁鏈曲線。有限元法雖然全面考慮了電機的各種因素，提高了準確性，但計算過于耗時繁瑣，且受電機尺寸和電機個體差異影響較大，沒有得到廣泛的應用。因此實驗測量法依然是目前獲取磁鏈特性的主要方法，而傳統的實驗測量法為堵轉實驗測量法，其測量精度高，但需要增加額外的測試平臺和設備，數據需隨轉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，提供一種開關磁阻電機磁鏈特性在線測量方法。

技術方案：本發明方法在開關磁阻電機功率變換器的不同開關模式下，通過對其繞組相電壓重構，估算繞組磁鏈等效電阻，并根據誤差實時調節與優化；在此基礎上，采用一種基于半周期激勵磁鏈的在線實驗測量方法，構建以DSP為核心的在線檢測系統；通過一系列有序的空載和帶載運行，采集必要的相電壓、相電流、位置角度數據，經由控制系統軟件計算出磁鏈，然后將數據上傳到上位機繪制磁鏈特性曲線。

一種開關磁阻電機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模式下，考慮功率器件IGBT的導通壓降，根據開關磁阻電機的電壓方程得出磁鏈ψ_k微分表達式；

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

步驟(3)，根據步驟(2)中磁鏈表達式得出開關磁阻電機的磁鏈等效電阻；

步驟(4)，選取一個初始磁鏈等效電阻，進行一次測量，再根據等效電阻校準原理判斷其偏向，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)，根據步驟(4)中校準好的磁鏈等效電阻，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.系統采用電流單閉環運行方式，設置初始給定電流，通過電流斬波控制方式將繞組中的電流穩定在給定值附近；

b.導通角設置為0°，關斷角設置為22.5°，保證每相繞組激勵區間為電感半周期上升區，以便能夠獲取轉子由非對齊到對齊所有的磁鏈數據；

c.啟動電機，當轉速升高至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據進行采樣；

d.獲取4096個采樣點數據之后發出停機指令，并將采樣獲取的數據樣本存儲至主控板的外部RAM中；

e.重新設置給定電流值(間隔為5A)，反復以上操作，直到完成0-60A電流范圍內所有數據的測量工作；

步驟(6)，根據步驟(5)中獲得的數據，經由控制系統軟件計算出磁鏈，最后將數據上傳到上位機繪制磁鏈曲線；

根據以上所述方法即可得到開關磁阻電機的磁鏈特性曲線。

有益效果：由于采用了上述技術方案，直接利用電機的電壓、電流和位置角度計算磁鏈，無需增加額外的測試設備，從而使系統結構更加簡單可靠，運行高效，成本更加低廉。以三相12/8極開關磁阻電機為控制對象，首先對磁鏈等效電阻校準與優化，從而提高測量精度，然后根據電機的空載和帶載運行，采集采集必要的相電壓、相電流、位置角度數據。測得結果對于分析電機性能，實現更優的控制方法，以及研究無位置傳感器控制算法等方面提供了數據基礎，為數學建模、性能分析等后續研究提供參考。

優點：本發明的磁鏈在線測量方法簡易可行，計算量大大降低，測量結果準確可靠，實用性高。

附圖說明

圖1是開關磁阻電機不同開關模式下的電路原理圖。