12/8極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)混合勵(lì)磁電流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及12/8極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的混合勵(lì)磁控制方法，尤其是一種混合 勵(lì)磁方式下繞組續(xù)流的電流控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)（switched reluctance motor，SRM)與傳統(tǒng)交直流電機(jī)比較， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，定轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子凸極上既無繞組也無永磁體，定子凸極上繞 有集中勵(lì)磁繞組。開關(guān)磁阻電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，繞組通過較小的電流便可產(chǎn)生較大的電磁 轉(zhuǎn)矩，這一特征使其適用于頻繁起停、正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。
[0003] 現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)的勵(lì)磁方式常為單相勵(lì)磁，以12/8極三相開關(guān)磁阻電機(jī)為例， 一個(gè)轉(zhuǎn)子極矩角周期為45°，每相繞組在單相勵(lì)磁模式下導(dǎo)通周期為15°。開關(guān)磁阻電機(jī) 起動(dòng)或低速運(yùn)行時(shí)，在單相勵(lì)磁模式下，相同的起動(dòng)電流便可產(chǎn)生比交直流電機(jī)大的起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩。但是，在一些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，有時(shí)需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在更大的負(fù)載情況下起動(dòng)，開關(guān)磁阻 電機(jī)運(yùn)行在單相勵(lì)磁模式時(shí)，輸出的電磁轉(zhuǎn)矩仍不足以使電機(jī)正常起動(dòng)。在這種情況下， 很多工業(yè)場(chǎng)合往往采用增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的裝機(jī)容量來滿足起動(dòng)性能要求，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)完成之 后，系統(tǒng)正常運(yùn)行并不需要那么大的容量，存在大馬拉小車現(xiàn)象，使系統(tǒng)效率下降；另一方 面，由于開關(guān)磁阻電機(jī)特殊的換相方式，使得電機(jī)在換相瞬間，存在轉(zhuǎn)矩突變的情況，造成 了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)嚴(yán)重的問題，影響了開關(guān)磁阻電機(jī)在工業(yè)場(chǎng)合的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種12/8極三相開關(guān)磁阻電機(jī)的單雙相混合勵(lì)磁模式控制 方法，尤其是混合勵(lì)磁過程中的電流控制方法，以期使電機(jī)在負(fù)載能力和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面的 性能得以改善，實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)在煤礦行業(yè)、紡織工業(yè)、石油開采等一些需要重載起動(dòng)， 頻繁起停、正反轉(zhuǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006] -種12/8極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)混合勵(lì)磁電流控制方法，其所述方法是將每相 繞組的導(dǎo)通周期由1/3轉(zhuǎn)子角周期的15°延長(zhǎng)至1/2轉(zhuǎn)子角周期的22.5°，所述22.5°為 三個(gè)階段：每相繞組在導(dǎo)通的前7. 5°，前一相繞組處于零壓續(xù)流狀態(tài)，兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通 是雙相勵(lì)磁階段；每相繞組導(dǎo)通的中間7. 5°只有該相繞組導(dǎo)通，是單相勵(lì)磁階段；每相繞 組導(dǎo)通的后7. 5°，開始零壓續(xù)流，下一相繞組開始通電，兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通是雙相勵(lì)磁階 段，實(shí)現(xiàn)單雙相混合勵(lì)磁控制。
[0007] 上述發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換電路為不對(duì)稱半橋型電路。每相繞組由上下 兩個(gè)開關(guān)器件控制，每個(gè)開關(guān)器件反并聯(lián)一個(gè)二極管。通過控制與各相繞組相連的兩個(gè) 主開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，每相繞組有：正壓、零壓、反壓三種狀態(tài)，根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式： T = +/: #，可得以下結(jié)論：當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，為增大電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使 2dt 電機(jī)各相繞組電流在其電感上升之前達(dá)到較大值，在電感開始下降之前降為零。傳統(tǒng)的開 關(guān)磁阻電機(jī)繞組導(dǎo)通方式為：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子凹槽中心軸線與定子凸極中心軸線對(duì)齊時(shí)（定義 為0° )，相繞組電感最小，開通與相繞組連接的主開關(guān)器件，繞組電流上升很快，在電感上 升之前達(dá)到給定值，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角（15° )后，關(guān)斷與相繞組連接的主開關(guān)器 件，此時(shí)繞組相電感仍處于上升區(qū)，繞組電流下降很快。在繞組導(dǎo)通階段，對(duì)繞組電流進(jìn)行 斬波控制。本專利提出的電流控制方法在主開關(guān)器件開通時(shí)與傳統(tǒng)控制方法一樣，當(dāng)電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角之后，由于相繞組電感仍處于上升區(qū)，所以本專利在電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一 個(gè)步進(jìn)角之后，采用零壓續(xù)流的方法對(duì)繞組電流進(jìn)行控制，使繞組電流下降速度變慢，在此 階段繼續(xù)產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過7. 5°時(shí)，相繞組電感基本達(dá)到最大值，關(guān) 斷與繞組相連的主開關(guān)器件，使繞組電流迅速下降，在電感下降前降為零，避免產(chǎn)生負(fù)向電 磁轉(zhuǎn)矩。
[0008] -方面，通過每相繞組多導(dǎo)通1/6轉(zhuǎn)子角周期，使處于電感上升區(qū)的繞組電流緩 慢下降，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩可補(bǔ)償下一相繞組電流建立過程中電磁轉(zhuǎn)矩的不足，避免了繞組 換相過程中，轉(zhuǎn)矩突變引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；另一方面，忽略繞組間互感的影響，認(rèn)為總電磁轉(zhuǎn) 矩為各相電磁轉(zhuǎn)矩的代數(shù)和，采用零壓續(xù)流使繞組電流緩慢下降期間產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩在一 定程度上增加了電機(jī)的總電磁轉(zhuǎn)矩，提高了電機(jī)的帶載能力。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明不對(duì)稱半橋型功率變換電路。
[0011] 圖3是本發(fā)明SRM的正壓工作狀態(tài)。
[0012] 圖4是本發(fā)明SRM的零壓工作狀態(tài)。
[0013] 圖5是本發(fā)明SRM的反壓工作狀態(tài)。
[0014] 圖6是本發(fā)明準(zhǔn)線性模型下的開關(guān)磁阻電機(jī)相電感與定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的對(duì)應(yīng)關(guān) 系。
[0015] 圖7是本發(fā)明單雙相混合勵(lì)磁方式下電流與相電感相對(duì)位置關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做出進(jìn)一步的說明。
[0017] 以12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)為例，定子上徑向相對(duì)的四個(gè)凸極繞組通過兩串兩并的 連接形式構(gòu)成一相，如圖1所示，共有三相。
[0018] 如附圖2所示，采用不對(duì)稱半橋型主電路作為開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率變換 電路，每相繞組由上下兩個(gè)IGBT控制，IGBT上反并聯(lián)有快速恢復(fù)二極管，通過控制與繞組 串聯(lián)的兩個(gè)IGBT，每相繞組有三種不同的工作狀態(tài)。當(dāng)上下兩個(gè)IGBT均開通時(shí)，繞組工作 在正壓狀態(tài)，流過繞組的電流方向如附圖3所示；當(dāng)上下兩個(gè)IGBT只有一個(gè)開通時(shí)，繞組工 作在零壓狀態(tài)，流過繞組的電流如附圖4所示；當(dāng)上下兩個(gè)IGBT均關(guān)斷時(shí)，繞組工作在反壓 狀態(tài)，流過繞組的電流如附圖5所示。
[0019] 為了方便，定義如附圖4所示的定子凸極中心軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心軸線對(duì)齊位置 為0°，根據(jù)步進(jìn)角與轉(zhuǎn)子極矩角計(jì)算公式可知，12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)的步進(jìn)角與轉(zhuǎn)子極 矩角分別是15° (03)和45° (09)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到0°位置時(shí)，給繞組通電，使繞組電流 在相電感開始上升前（02)達(dá)到給定值，當(dāng)電流達(dá)到給定值之后，開始對(duì)繞組電流進(jìn)行斬波 控制，使繞組電流穩(wěn)定在給定值附近，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角之后（0 3)，一方面由于此時(shí) 相電感仍處于上升區(qū)，為了增大電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩，仍需要保持一定的電流值；另一方面， 為了使繞組電流在電感開始下降前降為零，電流值不可太大。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子位于0 3位置時(shí)， 將與通電相繞組相連的兩個(gè)IGBT關(guān)斷一個(gè)，采用零壓續(xù)流的方式對(duì)繞組電流進(jìn)行控制，使 繞組電流緩慢下降，當(dāng)轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過7. 5° ( 0 4)，相電感達(dá)到最大值，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩基本為 零，通過反壓續(xù)流方式對(duì)繞組進(jìn)行控制，使繞組電流很快下降為零。
[0020] 由上述分析可知，每相繞組的導(dǎo)通區(qū)間為0° - 22.5° (04)，在該區(qū)間內(nèi)，既有單 相繞組勵(lì)磁階段，也有雙相繞組勵(lì)磁階段。因此，該種控制方法為單雙相混合勵(lì)磁控制方 法D
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 12/8極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)混合勵(lì)磁電流控制方法，其所述方法是將每相繞組的 導(dǎo)通周期由1/3轉(zhuǎn)子角周期的15°延長(zhǎng)1/6轉(zhuǎn)子角周期的7.5°，達(dá)到1/2轉(zhuǎn)子角周期的 22.5° ;在每相繞組延長(zhǎng)導(dǎo)通的1/6轉(zhuǎn)子角周期內(nèi)，使繞組通電方式由原來的正壓斬波變?yōu)?零壓續(xù)流，實(shí)現(xiàn)單雙相混合勵(lì)磁控制。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其所述方法是每相繞組的導(dǎo)通區(qū)間為0°-22. 5°，所述 22. 5°為三個(gè)階段：每相繞組在導(dǎo)通的前7. 5°，前一相繞組處于零壓續(xù)流狀態(tài)，兩相繞組同 時(shí)導(dǎo)通是雙相勵(lì)磁階段；每相繞組導(dǎo)通的中間7. 5°，只有一相繞組導(dǎo)通是單相勵(lì)磁階段； 每相繞組導(dǎo)通的后7. 5°，開始零壓續(xù)流，下一相繞組開始通電，兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通是雙相勵(lì) 磁階段，實(shí)現(xiàn)單雙相混合勵(lì)磁控制。
【專利摘要】12/8極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)混合勵(lì)磁電流控制方法是將每相繞組的導(dǎo)通周期由1/3轉(zhuǎn)子角周期的15o延長(zhǎng)1/6轉(zhuǎn)子角周期的7.5o，達(dá)到1/2轉(zhuǎn)子角周期的22.5o；在每相繞組延長(zhǎng)導(dǎo)通的1/6轉(zhuǎn)子角周期內(nèi)，使繞組通電方式由原來的正壓斬波變?yōu)榱銐豪m(xù)流，實(shí)現(xiàn)單雙相混合勵(lì)磁控制。本發(fā)明通過對(duì)每相繞組延長(zhǎng)導(dǎo)通的1/6轉(zhuǎn)子角周期采用零壓續(xù)流的控制方法，使處于電感上升區(qū)的繞組電流緩慢下降，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償了下一相繞組電流建立過程中電磁轉(zhuǎn)矩不足，避免了繞組換相過程中，轉(zhuǎn)矩突變引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并且增加了電機(jī)的總電磁轉(zhuǎn)矩，提高了電機(jī)的帶載能力。
【IPC分類】H02P6/10, H02P6/08
【公開號(hào)】CN104993747
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510426664
【發(fā)明人】宋建成, 曲兵妮, 田慕琴, 張中華, 宋世潮
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月20日