[發明專利]高頻旋轉電流注入無軸承磁通切換電機轉子偏心觀測方法

有效

• 申請號: 202110731252.1
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113328669B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 周揚忠;陳垚;楊公德;屈艾文;鐘天云
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種高頻旋轉電流注入無軸承磁通切換電機轉子偏心觀測方法，其特征在于：

利用轉子偏心時空間對稱繞組電感差異的特征，在電機繞組中注入高頻旋轉電流，引起對稱繞組的高頻電壓差異，選取負的單位正弦函數信號與高頻電壓差異進行相乘，經過低通濾波器提取出高頻電壓差異的直流分量，將該直流分量分解至兩相靜止坐標系中，通過轉子偏心程度與高頻電壓差異幅值之間的關系，觀測出實際轉子徑向位移；

包括以下步驟：

步驟S1：獲取六相定子電流i_A～i_F，時間t，設置注入高頻電流信號頻率ω_h，計算高頻信號角度θ_h：

θ_h＝ω_h·t；

步驟S2：利用步驟S1得到的高頻信號角度θ_h計算αT軸高頻旋轉電流信號i_αTh和βT軸高頻旋轉電流信號i_βTh：

其中，I_m為注入高頻電流信號幅值；

步驟S3：利用步驟S2得到的αT軸高頻旋轉電流信號i_αTh和βT軸高頻旋轉電流信號i_βTh，結合轉矩平面基波電流給定和計算轉矩平面電流給定和

步驟S4：利用步驟S3得到的轉矩平面電流給定和結合懸浮平面電流給定和零序電流給定i_o1^*和i_o2^*，計算六相定子電流給定i_A^*～i_F^*:

其中，i_o1^*＝0，i_o2^*＝0；

步驟S5：將利用步驟S4得到的六相電流給定i_A^*～i_F^*與六相定子電流i_A～i_F通過電流閉環控制器得到逆變器開關信號S_A～S_F，以實現在電機運行時向電機繞組中注入高頻電流信號i_αTh和i_βTh；

步驟S6：檢測A、D、C、F相繞組端電壓u_A、u_D、u_C、u_F；

步驟S7：通過加法器得到空間對稱繞組AD相電壓之和u_AD，CF相電壓之和u_CF，再經過中心頻率為ω_h的帶通濾波器得到角頻率為ω_h的空間對稱繞組AD相高頻電壓之和u_ADh，CF相高頻電壓之和u_CFh：

其中，BPF(·)表示帶通濾波器；

步驟S8：將利用步驟S7得到的空間對稱繞組AD相高頻電壓之和u_ADh，CF相高頻電壓之和u_CFh乘以單位正弦信號s₁＝-sin(ω_ht)和s₂＝-sin(ω_ht-120°)，得到空間對稱繞組AD相高頻電壓之和的兩倍頻分量u_eADh，CF相高頻電壓之和的兩倍頻分量u_eCFh：

步驟S9：將利用步驟S8得到的空間對稱繞組AD相高頻電壓之和的兩倍頻分量u_eADh，CF相高頻電壓之和的兩倍頻分量u_eCFh分別通過截止頻率為0.2ω_h的低通濾波器得到空間對稱繞組AD相高頻電壓之和的直流分量u_LADh，空間對稱繞組CF相高頻電壓之和的直流分量u_LCFh：

其中，LPF(·)表示低通濾波器；

步驟S10：利用步驟S9得到的空間對稱繞組AD相高頻電壓之和的直流分量u_LADh，空間對稱繞組CF相高頻電壓之和的直流分量u_LCFh分解至兩相靜止坐標系中，得到α軸高頻電壓分量u_Lαh和β軸高頻電壓分量u_Lβh：

步驟S11：根據轉子在x方向的位移和y方向的位移通過轉子偏心距離e和轉子偏心角度φ表示為x＝e·cosφ，y＝e·sinφ，得到α軸高頻電壓分量u_Lαh和β軸高頻電壓分量u_Lβh與x和y的關系為：

其中，

其中，M為偏差自電感，a和b為電感系數；

步驟S11中，偏差自電感M，電感系數a和b通過有限元仿真計算得到，具體包括以下步驟：

步驟S11-1：在A相繞組中通入單位正向電流，計算轉子無偏心情況下的A相繞組自電感L₀，然后設置轉子向φ＝45°方向偏心0.1mm，得到偏差自電感M為：

M＝(L_e-L₀)×10⁴

其中，L_e為轉子向φ＝45°方向偏心0.1mm時的A相繞組自電感；

步驟S11-2：在A相繞組中通入單位正向電流，A1線圈耦合的磁鏈為l_A1，A2線圈耦合的磁鏈為l_A2，并且l_A1＝l_A2，l_A1+l_A2＝L₀；與A1線圈相差30°的線圈耦合的磁鏈為l_a，與A1線圈相差60°的線圈耦合的磁鏈為l_b，與A1線圈相差90°的線圈耦合的磁鏈為l_c，計算電感系數a，b和c為：