[發明專利]一種復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的控制方法

有效

• 申請號: 201611050505.4
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106655955B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 劉澤遠;楊艷;劉程子;曹鑫;鄧智泉;蔡駿
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P25/08;H02K16/02;H02K1/14;H02K1/22;H02K1/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公布了一種復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的控制方法，屬于磁懸浮電機的控制領域。所述電機的定子為凸極結構，極數為12，轉子由凸極轉子和圓柱轉子構成，凸極轉子極數為8，每個定子上繞有兩個繞組，分別為主繞組和懸浮繞組；所述控制方法，不需要轉矩和懸浮力的數學模型，僅需轉矩和懸浮力關于電流和轉子位置角的特征變化值，實現懸浮運行和對輸出轉矩的直接控制；所述控制方法考慮了電機鐵心的飽和特性，故該方法可在任何負載工況下，實現對和懸浮力的平穩控制；另外，還實現了轉矩的精確控制，轉矩輸出恒定，輸出轉矩脈動小。

技術領域

本發明涉及一種復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的控制方法，屬于磁懸浮開關磁阻電機的控制技術領域。

背景技術

無軸承開關磁阻電機是20世紀90年代發展起來的一種新型磁懸浮電機。無軸承開關磁阻電機因集旋轉與懸浮兩功能于一體，不僅可有效解決高速運行時軸承摩擦帶來的損耗和發熱等問題，還能進一步發揮開關磁阻電機的高速適應性，從而強化其在航空航天、飛輪儲能、艦船等高速領域的應用基礎。

隨著研究的不斷深入，人們逐漸認識到，能否解決轉矩和懸浮力有效輸出區域間的制約，懸浮與旋轉兩功能是否能解耦控制、以及高速時懸浮控制精度好壞，對無軸承同步磁阻電機BSRM高速性能是否能得到充分發揮起著至關重要的作用。

具有全轉子位置懸浮能力的復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機，顯著提升了徑向承載能力，同時有效打破了傳統BSRM轉矩和懸浮力有效輸出區域間的制約，從而有利于實現BSRM轉矩和懸浮力的解耦及協調控制。

然而，與傳統結構無軸承開關磁阻電機相比，由于圓柱轉子的存在，導致復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的電感幅值較大，在電源電壓受限的情況下，電流響應速度下降。尤其高速運行時，完成換相與勵磁模式切換均需要經歷較長的勵磁周期，這期間電流斬波控制和跟蹤精度下降，影響懸浮力的控制精度。因此，研究復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機換相與勵磁模式切換過程中的懸浮力平穩控制方法，實現懸浮力的全程精準控制，是提升系統可靠性的關鍵。

發明內容

本發明目的是針對現有技術的不足，提出一種復合轉子無軸承開關磁阻電機的控制方法。所述方法使得復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機換相與勵磁模式切換時的懸浮力平穩過渡，是一種新型控制方法。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機的控制方法，所述復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機包括定子、轉子和繞組；所述定子為凸極結構，其定子齒個數為12；所述繞組共12個，每個定子齒上繞有1個繞組；所述轉子由圓柱轉子和凸極轉子構成，圓柱轉子為圓柱型結構，凸極轉子為凸極結構；所述凸極轉子的齒個數為8；所述圓柱轉子和凸極轉子串聯，緊密布置，套在轉軸上，并布置在所述定子內；所述復合轉子單繞組無軸承開關磁阻電機為三相工作制電機，每相繞組由空間上相隔90°的四個繞組構成，三相分別為A相、B相和C相，所述三相在空間上相差30°；

其特征在于，每相繞組均有懸浮勵磁和轉矩勵磁兩種工作模式，所述電機運行時，每相繞組首先進行懸浮勵磁，之后進行轉矩勵磁；懸浮勵磁時，將懸浮力控制區分為雙相懸浮模式和單相懸浮模式；所述雙相懸浮模式包括雙相懸浮模式Ⅰ和雙相懸浮模式Ⅱ；每相懸浮勵磁將依次經歷雙相懸浮模式Ⅰ、單相懸浮模式和雙相懸浮模式Ⅱ三個過程，并且通過獨立控制每相四個繞組的電流，以調節懸浮力；轉矩勵磁時，通過控制每相繞組功率開關的關斷角，以調節轉矩；具體包括如下步驟：

步驟A，采集轉子實時位置角θ，判別各相勵磁狀態；

步驟A-1，當轉子位置角θ＝θ_on時，開通A相繞組功率電路的功率開關，A相開始懸浮勵磁；當θ＝θ_on+15°時，A相懸浮勵磁結束，開始轉矩勵磁；其中，θ_on對應于A相最小電感平頂區的起始點，超前A相對齊位置30°；