[發明專利]一種磁懸浮開關磁阻電機的共勵磁控制方法

有效

• 申請號: 202011383210.5
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112532147B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 劉澤遠;梁智;陳梅
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02P25/092
• 分類號: H02P25/092
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發明公開了一種磁懸浮開關磁阻電機的共勵磁控制方法，磁懸浮開關磁阻電機包括E型定子主動磁軸承和傳統的12/8開關磁阻電機，其中12/8開關磁阻電機產生轉矩，主動磁軸承產生懸浮力，磁軸承的繞組包括產生偏置磁通的偏置繞組和產生懸浮力的懸浮繞組，偏置繞組與電樞繞組串聯在同一變換器上產生偏置電流；磁軸承懸浮控制，先對位移誤差進行PID調節得到懸浮力以及共勵磁變換器采樣得到的偏置電流一起通過有限元徑向磁軸承電流查表得到給定徑向懸浮電流，并通過對懸浮誤差電流極性判斷來控制H橋功率變換器前橋臂開關管一個PWM周期內的導通信號以及通過公式計算后橋臂開關管占空比，實現三電平控制，進而控制徑向懸浮力，減少懸浮輸出電流紋波。

技術領域

本發明涉及電機類的磁懸浮開關磁阻電機控制技術領域，具體的說是一種磁懸浮開關磁阻電機的共勵磁控制方法。

背景技術

磁懸浮開關磁阻電機，由磁軸承系統和開關磁阻電機系統集合而成，不僅具有開關磁阻電機的高速適應性和滿足苛刻工作環境等特點，還兼具磁軸承無摩擦、無潤滑等優點，在航空航天、飛輪儲能和軍事等場合具有獨特優勢。

磁懸浮開關磁阻電機系統中的磁軸承，根據偏置磁通提供方式，可分為電磁軸承和永磁偏置軸承。永磁偏置軸承的功率密度高，體積小，重量輕，應用較為廣泛；然而，因為永磁體價格較高、耐高溫、耐腐蝕能力較差，在高溫高油等惡劣場合應用受限。電磁軸承，因采用電勵磁方式，故應用場合更加靈活。

由電磁軸承和開關磁阻電機構成的傳統磁懸浮系統，磁懸浮系統和開關磁阻系統間相互獨立，機械結構不緊密，集成度低；另外，兩個系統還各具有單獨的功率變換器，成本高，集成度也比較低。為此，一些學者提出了一種磁軸承偏置繞組與開關磁阻電機繞組串聯共勵磁式的新型磁懸浮開關磁阻電機。該類電機的典型特點是，電樞繞組與偏置繞組串聯后，接入到傳統的不對稱半橋功率變換器中，二者采用相同勵磁的方式，在開關磁阻電機內產生轉矩的同時，還將在磁軸承內產生偏置磁通，進而消除偏置繞組的功率變換器，使系統集成度得到顯著提高。

然而，上述的集成方式，需要偏置繞組的數量和開關磁阻電機相數相同，使得磁軸承的繞組數量也相應增加，磁軸承體積也需要增大，以安放較多的偏置繞組。為此，有學者再提出一種新型磁懸浮開關磁阻電機，磁軸承每個定子齒上僅需要一個偏置繞組，并且所有偏置繞組串聯在一起，接入到電樞繞組的功率變換器的直流母線中，在給偏置繞組提供偏置電流的同時也要保證電機的快速勵磁啟動，故現有的控制方法有點不適用磁懸浮開關磁阻電機系統了，整個系統控制方法不僅要適用于開關磁阻電機也要適用于結合磁軸承開關磁阻電機共勵磁功率變換器提供偏置電流使磁軸承懸浮，并且能夠跟隨給定懸浮電流值，減少輸出懸浮電流紋波。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種可實現開關磁阻電機旋轉，磁軸承懸浮，輸出懸浮電流紋波減小，控制過程中不需要轉矩和懸浮力的數學模型，控制簡單，可以減少功率變換器的個數，還可以減少懸浮功率變換器開關管的開關次數，降低開關損耗的磁懸浮開關磁阻電機的共勵磁控制方法。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的：

本發明是一種磁懸浮開關磁阻電機的共勵磁控制方法，磁懸浮開關磁阻電機包括E型定子主動磁軸承和12/8開關磁阻電機，所述12/8開關磁阻電機每個定子極有一個電樞繞組，每四個相隔90°的電樞繞組線圈串聯，分別形成三相繞組，在E型定子主動磁軸承中，有四個E型定子，每個E型定子包括一個寬極和兩個窄極，每個較寬的磁極有一個偏置繞組，每個較窄的磁極有一個懸浮繞組；所述磁軸承的繞組包括偏置繞組和懸浮繞組，其中，偏置繞組產生懸浮所需的偏置磁通，懸浮繞組產生懸浮力，所述開關磁阻電機的繞組包括A相電樞繞組、B 相電樞繞組和C相電樞繞組，共三相，用于產生轉矩；偏置繞組與電樞繞組串聯在共勵磁功率變換器上產生偏置電流，其特征在于：步驟A，采集磁軸承轉子位移信號，獲取X軸與Y軸方向上的給定懸浮力；