[發明專利]基于高頻脈沖注入的無軸承開關磁阻電機的優化控制方法

在審

• 申請號: 202111298779.6
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN114039516A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 楊艷;王浩;劉澤遠;劉程子
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02P6/21
• 分類號: H02P6/21;H02P6/10;H02P6/18;H02P6/28
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發明揭示了一種基于高頻脈沖注入的無軸承開關磁阻電機的優化控制方法，適用于寬轉子無軸承開關磁阻電機，方案在傳統高頻脈沖注入法的基礎上，改進脈沖注入的方式，在每一個脈沖注入之前先讓繞組續流特定時間，利用這段續流時間對繞組電流進行檢測，待繞組中電流下降到零再對繞組進行高頻脈沖注入，以此來保證脈沖響應電流不出現異常狀態，使得對電機內部轉子的位置檢測更加合理，換相更為準確。

技術領域

本發明涉及一種電機的控制方法，具體為一種基于高頻脈沖注入的寬轉子齒無軸承開關磁阻電機的優化控制方法。

背景技術

無軸承開關磁阻電機(Bearingless Switched Reluctance Motor，BSRM)是自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集旋轉與懸浮兩功能于一體,避免了傳統電機使用過程中的機械軸承磨損，使得其使用壽命大幅延長；同時無軸承開關磁阻電機還解決了以往磁懸浮電機軸向利用率低、體積大、功率密度低等一系列問題。再加上結構簡單、堅固，工作可靠，受到了業界的廣泛關注，而寬轉子齒無軸承開關磁阻電機通過增加轉子極弧寬度，構造出類似于磁軸承的電感平頂區，采用雙相導通策略，在結構上實現了懸浮力與轉矩的解耦。

對于寬轉子齒無軸承開關磁阻電機而言，準確的轉子位置檢測是保證其可靠運行的重要環節。傳統的轉子位置檢測方案為光敏式、磁敏式及接近開關等含機械硬件的檢測方案,但這些方案對于位置傳感器的引入會使電機結構變得復雜、安裝調試困難,且受到傳感器自身分辨率的限制,上述方案這不僅增加了其調速系統結構的復雜性,也增加了系統成本和潛在的不穩定性。為此,不依賴于位置傳感器的設置實現對寬轉子齒無軸承開關磁阻電機的調速控制也就成為了現階段的研究重點。

目前針對寬轉子齒無軸承開關磁阻電機在低速運行階段的特性，研究者主要通過在非導通區注入高頻脈沖的方式產生響應電流，并利用該響應電流獲取不飽和電感信息的方式實現對其內部轉子位置的估計。但由于磁路飽和等原因會導致判斷的角度發生偏移且出現響應電流異常等情況。此外由于電機內部三相相電流變化較大，使得其內部氣隙磁飽和程度無法控制，也會導致換相點位置檢測產生誤差，影響對電機整體的控制。

發明內容

鑒于現有技術存在上述缺陷，本發明的目的是提出一種基于高頻脈沖注入的無軸承開關磁阻電機的優化控制方法，具體如下。

一種基于高頻脈沖注入的無軸承開關磁阻電機的優化控制方法，適用于寬轉子無軸承開關磁阻電機，方法涵蓋電機啟動及低速運行兩個過程；

在電機啟動過程中，方法包含如下步驟：

S1、在無軸承開關磁阻電機靜止狀態下，向電機三相注入高頻脈沖，采樣三相電流大小獲取電流峰值、分別記為I_pkA、I_pkB、I_pkC；

S2、依據S1中所采樣三相電流大小獲取電流峰值，結合采樣的電壓信號U_k，分別計算得到三相電感L_A、L_B、L_C；

S3、根據S2中計算所得的三相電感大小，判斷電機轉子所處位置區間及初始勵磁相；

在電機低速運行過程中，方法包含如下步驟：

S4、依據S3中的判斷結果向電機單向注入高頻脈沖，比較被注入高頻脈沖相的電流峰值和預設電流閾值I_threshold的大小并執行對應控制操作。

優選地，S1中所述高頻脈沖的范圍為100KHz～200KHz。

優選地，S2中所述計算得到三相電感L_A、L_B、L_C，計算公式分別為，