一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，用于根據(jù)速度信號和位置信號對開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，所述開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)包括速度檢測模塊、位置檢測模塊、控制器、光耦隔離模塊和功率變換模塊。在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流，并根據(jù)期望相電流規(guī)劃各相電流，各相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和等同于期望轉(zhuǎn)矩，以此來減小轉(zhuǎn)矩脈動及噪聲，使開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于家用電器、通用工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電機(jī)、高轉(zhuǎn)速電機(jī)、航空航天等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)因結(jié)構(gòu)簡單、堅固，制造成本低，調(diào)速范圍寬及效率高等優(yōu)點，使其成為可變速驅(qū)動系統(tǒng)中極具潛力的新成員。然而，其定子、轉(zhuǎn)子的雙凸極結(jié)構(gòu)及開關(guān)形式供電電源，使得開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(Switched Reluctance Drives)成為一個多變量高度耦合、非線性異常嚴(yán)重的系統(tǒng)，運(yùn)行中轉(zhuǎn)矩脈動比較明顯，由此引起電機(jī)噪聲及轉(zhuǎn)矩波動，直接影響了 SRM在運(yùn)行質(zhì)量要求較高場合的應(yīng)用，一定程度上限制了 SRM的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，可減少開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動及噪聲，使開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于家用電器、通用工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電機(jī)、高轉(zhuǎn)速電機(jī)、航空航天等領(lǐng)域。
[0004]為此，本發(fā)明第一方面提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用于根據(jù)速度信號和位置信號對開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，包括速度檢測模塊、位置檢測模塊、控制器、光耦隔離模塊和功率變換模塊。
[0005]所述速度檢測模塊的輸入端連接所述開關(guān)磁阻電機(jī)，輸出端連接于所述控制器，用于實時檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的速度信號并傳輸至所述控制器進(jìn)行處理。
[0006]所述位置檢測模塊的輸入端連接所述開關(guān)磁阻電機(jī)，輸出端連接至所述控制器，用于實時檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的位置信號并傳輸至所述控制器進(jìn)行處理。
[0007]所述功率變換模塊通過光耦隔離模塊連接于所述控制器的輸出端，用于根據(jù)所述控制器輸出的指令控制其各功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止以對所述開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，所述功率變換模塊包括分別控制三相線圈A、B、(:電流通斷的三個開關(guān)晶體管Ql、Q2、Q3。
[0008]優(yōu)選地，每一所述開關(guān)晶體管的兩端均并聯(lián)有一■極管，當(dāng)開關(guān)晶體管關(guān)斷時，對應(yīng)的二極管可用于對電機(jī)電流進(jìn)行續(xù)流。
[0009]本發(fā)明第二方面提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，包括如下步驟:
[0010]S1、上電，系統(tǒng)初始化，設(shè)定PffM信號占空比；
[0011]S2、控制器接收速度檢測模塊和位置檢測模塊的電平信號并進(jìn)行判斷與處理，得到開關(guān)磁阻電機(jī)的通電相，并依此進(jìn)行換向控制；
[0012]S3、根據(jù)捕捉速度檢測模塊和位置檢測模塊得到的電平信號，得到信號周期，從而計算開關(guān)磁阻電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速；
[0013]S4、在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流，并根據(jù)期望相電流規(guī)劃各相電流，各相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和等同于期望轉(zhuǎn)矩，以此來減小轉(zhuǎn)矩脈動。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟S2中換向控制包括:
[0015]S21、控制器控制開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通，A相線圈電源接通，產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯;在磁力的牽引下，轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動，一直到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度為止；
[0016]S22、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度前，控制開關(guān)晶體管Ql截止，切斷A相電源;在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度時，控制開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通，接通B相電源，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，在磁力的牽引下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度為止；
[0017]S23、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度前，控制開關(guān)晶體管Q2截止，切斷B相電源;在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度時，控制開關(guān)晶體管Q3導(dǎo)通，接通C相電源，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，磁力一直牽弓I轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度為止；
[0018]S24、當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度前，控制開關(guān)晶體管Q3截止，切斷C相電源，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度時，控制開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通，接通A相電源，轉(zhuǎn)子在磁力的牽引下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子在Θ+60度的狀態(tài)與前面Θ度開始時一樣，即重復(fù)SI至S4，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。
[0019]進(jìn)一步地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生欠壓、過流和短路等現(xiàn)象時，功率變換模塊會自動發(fā)出一個低電平信號，當(dāng)控制器接收到該低電平信號時產(chǎn)生故障中斷，停止PWM信號的輸出，以保證功率變換模塊和開關(guān)磁阻電機(jī)的安全。
[0020]轉(zhuǎn)矩與相電流和轉(zhuǎn)子位置角的逆函數(shù)關(guān)系為T= f(i，0)，即相電流i對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)子位置角Θ的逆函數(shù)關(guān)系為I = F1(Td);在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流，并根據(jù)期望相電流規(guī)劃各相電流，各相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和等同于期望轉(zhuǎn)矩，以此來減小轉(zhuǎn)矩脈動，從而實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)瞬時轉(zhuǎn)矩的有效控制。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明提供的一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2為圖1中功率變換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳述。
[0024]請參閱圖1，本發(fā)明提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用于根據(jù)速度信號和位置信號對開關(guān)磁阻電機(jī)I進(jìn)行調(diào)速，包括速度檢測模塊23、位置檢測模塊24、控制器21、光耦隔離模塊22和功率變換模塊25。
[0025]所述速度檢測模塊23的輸入端連接所述開關(guān)磁阻電機(jī)I，輸出端連接于所述控制器21，用于實時檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)I的速度信號并傳輸至所述控制器21進(jìn)行處理。
[0026]所述位置檢測模塊24的輸入端連接所述開關(guān)磁阻電機(jī)I，輸出端連接至所述控制器21，用于實時檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)I的位置信號并傳輸至所述控制器21進(jìn)行處理。
[0027]所述功率變換模塊25通過光耦隔離模塊22連接于所述控制器21的輸出端，用于根據(jù)所述控制器21輸出的指令控制其各功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止以對所述開關(guān)磁阻電機(jī)I進(jìn)行調(diào)速。請參閱圖2，所述功率變換模塊包括分別控制三相線圈A、B、C電流通斷的三個開關(guān)晶體管Q1、Q2、Q3。每一所述開關(guān)晶體管的兩端均并聯(lián)有二極管，即二極管Dl并聯(lián)于開關(guān)晶體管Ql的兩端，二極管D2并聯(lián)于開關(guān)晶體管Q2的兩端，二極管D3并聯(lián)于開關(guān)晶體管Q3的兩端；當(dāng)開關(guān)晶體管關(guān)斷時，其對應(yīng)的二極管可用于對電機(jī)電流進(jìn)行續(xù)流。
[0028]系統(tǒng)運(yùn)行時，包括如下步驟:
[0029]S1、上電，系統(tǒng)初始化，設(shè)定PffM信號占空比；
[0030]S2、控制器接收速度檢測模塊和位置檢測模塊的電平信號并進(jìn)行判斷與處理，得到開關(guān)磁阻電機(jī)的通電相，并依此進(jìn)行換向控制；
[0031]S3、根據(jù)捕捉速度檢測模塊和位置檢測模塊得到的電平信號，得到信號周期，從而計算開關(guān)磁阻電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速；
[0032]S4、在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流，并根據(jù)期望相電流規(guī)劃各相電流，各相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和等同于期望轉(zhuǎn)矩，以此來減小轉(zhuǎn)矩脈動。
[0033]所述步驟S2中換向控制包括:
[0034]S21、控制器控制開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通，A相線圈電源接通，產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯;在磁力的牽引下，轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動，一直到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度為止；
[0035]S22、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度前，控制開關(guān)晶體管Ql截止，切斷A相電源;在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度時，控制開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通，接通B相電源，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，在磁力的牽引下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度為止；
[0036]S23、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度前，控制開關(guān)晶體管Q2截止，切斷B相電源;在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度時，控制開關(guān)晶體管Q3導(dǎo)通，接通C相電源，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，磁力一直牽弓I轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度為止；
[0037]S24、當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度前，控制開關(guān)晶體管Q3截止，切斷C相電源，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度時，控制開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通，接通A相電源，轉(zhuǎn)子在磁力的牽引下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子在Θ+60度的狀態(tài)與前面Θ度開始時一樣，即重復(fù)SI至S4，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。
[0038]當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生欠壓、過流和短路等現(xiàn)象時，功率變換模塊會自動發(fā)出一個低電平信號，當(dāng)控制器接收到該低電平信號時產(chǎn)生故障中斷，停止PWM信號的輸出，以保證功率變換模塊和開關(guān)磁阻電機(jī)的安全。
[0039]轉(zhuǎn)矩與相電流和轉(zhuǎn)子位置角的逆函數(shù)關(guān)系為T= f(i，0)，即相電流i對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)子位置角Θ的逆函數(shù)關(guān)系為I = F1(Td);在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流，并根據(jù)期望相電流規(guī)劃各相電流，各相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和等同于期望轉(zhuǎn)矩，以此來減小轉(zhuǎn)矩脈動，從而實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)瞬時轉(zhuǎn)矩的有效控制。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用于根據(jù)速度信號和位置信號對開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，其特征在于，包括速度檢測模塊、位置檢測模塊、控制器、光耦隔離模塊和功率變換模塊，其中: 所述速度檢測模塊的輸入端連接所述開關(guān)磁阻電機(jī)，輸出端連接于所述控制器，用于實時檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的速度信號并傳輸至所述控制器進(jìn)行處理； 所述位置檢測模塊的輸入端連接所述開關(guān)磁阻電機(jī)，輸出端連接至所述控制器，用于實時檢測所述開關(guān)磁阻電機(jī)的位置信號并傳輸至所述控制器進(jìn)行處理； 所述功率變換模塊通過光耦隔離模塊連接于所述控制器的輸出端，用于根據(jù)所述控制器輸出的指令控制其各功率開關(guān)的導(dǎo)通與截止以對所述開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，所述功率變換模塊包括分別控制三相線圈A、B、(:電流通斷的三個開關(guān)晶體管Ql、Q2、Q3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，每一所述開關(guān)晶體管的兩端均并聯(lián)有二極管，當(dāng)開關(guān)晶體管關(guān)斷時，對應(yīng)的二極管可用于對電機(jī)電流進(jìn)行續(xù)流。3.—種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，基于如權(quán)利要求1至權(quán)利要求2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: 51、上電，系統(tǒng)初始化，設(shè)定PWM信號占空比； 52、控制器接收速度檢測模塊和位置檢測模塊的電平信號并進(jìn)行判斷與處理，得到開關(guān)磁阻電機(jī)的通電相，并依此進(jìn)行換向控制； 53、根據(jù)捕捉速度檢測模塊和位置檢測模塊得到的電平信號，得到信號周期，從而計算開關(guān)磁阻電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速； 54、在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流，并根據(jù)期望相電流規(guī)劃各相電流，各相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和等同于期望轉(zhuǎn)矩，以此來減小轉(zhuǎn)矩脈動。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，其特征在于，所述步驟S2中換向控制包括: 521、控制器控制開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通，A相線圈電源接通，產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯;在磁力的牽引下，轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動，一直到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度為止； 522、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度前，控制開關(guān)晶體管Ql截止，切斷A相電源;在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ度時，控制開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通，接通B相電源，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，在磁力的牽引下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度為止； 523、在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度前，控制開關(guān)晶體管Q2截止，切斷B相電源；在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+30度時，控制開關(guān)晶體管Q3導(dǎo)通，接通C相電源，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度為止； 524、當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度前，控制開關(guān)晶體管Q3截止，切斷C相電源，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Θ+60度時，控制開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通，接通A相電源，轉(zhuǎn)子在磁力的牽引下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子在Θ+60度的狀態(tài)與前面Θ度開始時一樣，即重復(fù)SI至S4，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，其特征在于，轉(zhuǎn)矩與相電流和轉(zhuǎn)子位置角的逆函數(shù)關(guān)系為T = f(i，0)，在轉(zhuǎn)子位置角為某一狀態(tài)時，根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置角的度數(shù)即可求得對應(yīng)的期望相電流。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，其特征在于，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生欠壓、過流和短路等現(xiàn)象時，功率變換模塊會自動發(fā)出一個低電平信號，當(dāng)控制器接收到該低電平信號時產(chǎn)生故障中斷，停止PWM信號的輸出，以保證功率變換模塊和開關(guān)磁阻電機(jī)的安全。
【文檔編號】H02P25/098GK105915152SQ201610256115
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】高強(qiáng), 金紅心, 李玉俊
【申請人】江蘇新安電器有限公司