[发明专利]一种正弦波电感的开关磁阻电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对电感波形为正弦波的开关磁阻电机的控制方法，属于电机控制技术。

背景技术

随着电力电子器件技术、微电子技术和自动控制技术的发展，尤其是稀土永磁材料出口限制所引起的价格上涨，开关磁阻电机的应用将越来越广泛。另一方面，在一些深空、深海、昼夜温差大的特殊作业环境下，永磁体的磁性能不稳定，不利于永磁电机在上述领域的应用。而开关磁阻电机作为一种电励磁电机，其定转子均由普通硅钢片压叠制成双凸极结构，转子上既无永磁体也无绕组，定子上只有集中式绕组线圈，依据“磁阻最小”原理工作。开关磁阻电机制造简单、成本低、结构牢靠、体积小、重量轻、散热方便。在工业调速系统领域中已显示出强大的竞争力，在电动汽车、家用电器、纺织机械、电气传动等方面也有广阔的前景。

然而，限制开关磁阻电机调速系统进一步推广应用，尤其是在高性能伺服系统的一个重要技术瓶颈就是开关磁阻电机特有的转矩脉动所引起的噪声与振动问题。伴随着开关磁阻电机现有的技术方案与控制方法，噪声与振动问题一直很难彻底解决。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种针对电感波形为正弦波的开关磁阻电机的控制方法，通过对电机定转子铁心的优化设计，使每相绕组产生与转子位置呈正弦变化的电感波形，进而通过对每相绕组的输入电流波形控制，产生理论上的恒定电磁转矩；本发明适用于任意相数、任意定转子齿轮槽配合的开关磁阻电机（如三相6/4极、三相12/8极、四相8/6极等）。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种正弦波电感的开关磁阻电机控制方法，所述开关磁阻电机包括定子、转子和绕制在定子上的各相绕组，所述各相绕组产生随转子位置呈正弦变化的电感波形；以输出平滑的电磁转矩为目标，对各相绕组的输入电流波形进行控制。

优选的，采用电流滞环控制方法对各相绕组的输入电流波形进行控制。

所述平滑的电磁转矩具体为电磁转矩恒定、转矩脉动为零。

对各相绕组的输入电流波形进行控制的具体方法为：（1）通过给定的输出转矩，计算出各相绕组在不同转子位置的电流波形的给定状态信息；（2）实时监测或估算转子的位置信息，并根据转子的位置信息获取各相绕组的电流给定值；（3）根据各相绕组电流实时反馈信息，通过滞环比较控制功率器件的开通关断状态，使得实际电流跟踪给定电流，以输出平滑的电磁转矩。

优选的，所述步骤（2）中，可以使用光电编码器、旋转变压器或光电码盘的锁相环实时监测转子的位置信息，亦可通过采集电压、电流信号间接获取转子位置信息，即通过无位置传感器算法获得转子位置信息。

优选的，所述步骤（3）中，根据各相绕组的电流波形的给定状态信息，使用电流滞环比较方式实时调控输入电流波形。

所述通过优化定子和/或转子的齿宽、齿形、增加极靴或增加斜槽等方式，使各相绕组产生与转子位置呈正弦变化的电感波形。

本案适用于任意相数、任意定转子齿轮槽配合的开关磁阻电机，比如三相6/4极、三相12/8极或四相8/6极开关磁阻电机。所述开关磁阻电机可以是内转子结构也可以是外转子结构。本案既可以应用于开关磁阻电机的电动控制模式，又可以应用于开关磁阻电机的发电控制模式。所述输入电流波形可以灵活根据开关磁阻电机的单拍运行或双拍运行进行修改。

本发明可以通过对开关磁阻电机的定子和/或转子形状的优化设计，改变传统开关磁阻电机近似线性的电感波形，使每相绕组的自感波形近似于正弦变化，进而革命性地提出适合正弦波电感的开关磁阻电机新型控制策略。若忽略滞环控制所引起的转矩脉动，理论上这种开关磁阻电机可以产生完全平滑的电磁转矩，以进一步推动开关磁阻电机调速系统的应用。使用本发明的控制方法来控制具备正弦波形电感的开关磁阻电机能够有效地减小转矩脉动，实现输出转矩的平稳。传统开关磁阻电机在采用低速时的电流斩波控制时，由于无法准确获得当前时刻的电感以及电感变化率，必然会导致转矩脉动。通过优化设计定转子铁心形状，使每相绕组电感波形为正弦波，进而通过理论推导，以产生平滑电磁转矩为目标，能够得到完全不同于传统开关磁阻电机的电流控制波形。

有益效果：本发明提供的正弦波电感的开关磁阻电机控制方法，能够抑制转矩脉动，使得输出转矩保持恒定，具有良好的实用性和经济性；通过改变控制策略，不增加硬件成本费用且实现简单；保留了传统开关磁阻电机结构简单牢靠、鲁棒性好等优势；采用集中式线圈作为绕组，绕制难度低、端部较短，能够减少铜耗且利于散热；各相绕组相独立，具有较强的容错能力，有效增加了系统的可靠性。