[发明专利]一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法

说明书

本发明公开了一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法。由于开关磁阻电机的非线性与饱和性，开关磁阻电机建模需要使用其磁链和转矩特性数据。使用转矩平衡法静态测试得到四条磁链曲线，在电机旋转时进行动态测试得到开关磁阻电机不饱和电感。基于以上测试得到的曲线进行拟合计算得到开关磁阻电机所有位置与电流下的磁链和转矩特性，完成建模。所述建模方法能够有效提升转矩平衡法的精确度，降低转子位置固定法的复杂度。

技术领域

本发明涉及一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法，属于电机控制领域。

背景技术

开关磁阻电机结构简单，转子无永磁体及绕组，转矩由定、转子间气隙磁阻变化产生。调速范围宽、可靠性高、适用于恶劣环境等优点，使其具有广阔的应用前景。然而，双凸极结构及磁路饱和特性，导致很难通过常规电磁和物理特性推导获得其精确的非线性数学模型，因此需要使用开关磁阻电机磁链特性建立其数学模型。目前开关磁阻电机磁链特性测试方法有两种：直接法与间接法。直接法是使用固定在电机上的磁链传感器直接测量磁链特性，该方法成本高误差大。间接法是通过测量电压与电流间接计算磁链，测试方法可分为两种：转子位置固定法与转矩平衡法。其中，转子位置固定法需要转子固定装置，测量电流与电压可得到每个位置的磁链特性。转矩平衡法是先通过给单相通电将转子旋转至对其位置，然后利用开关磁阻电机的对称结构，保持合转矩相同，给各相通入不同脉冲电压，可测量特殊位置的磁链特性。综上所述，转子位置固定法与转矩平衡法均有明显的缺点：转子位置固定法需要设计测量平台，测量成本高，耗时长，难以操作；转矩平衡法可得到磁链特性过少，拟合结果误差大。

发明内容

针对转子位置固定法实现成本高、操作繁琐以及转矩平衡法建模误差较大的缺陷，本发明提出了一种基于动静态测试的开关磁阻电机建模方法，通过转矩平衡法静态测试获得的特殊位置磁链特性，以及动态测量获得的开关磁阻电机不饱和电感，根据相电感与不饱和电感的关系，计算得到开关磁阻电机所有位置的磁链特性。技术方案如下：

步骤一：使用转矩平衡法，利用开关磁阻电机在对齐位置与非对齐位置转矩为零的特点，通过给各相通入不同的脉冲电压，获得0°,7.5°,15°和22.5°四个特殊位置电感特性。

步骤二：开关磁阻电机低速运行时，给非导通相注入脉冲电压，记录相绕组的电流波形。根据母线电压、开关管压降、二极管压降以及各相电流斜率计算非饱和电感，非饱和电感的计算由式(1)求解，结合所记录的相应位置信号，再根据电感的对称性得到开关磁阻电机不饱和电感特性。

式中V_dc、V_D、V_T、i_ph分别表示直流母线电压、二极管压降、开关管压降、相电流。

步骤三：通过式(2)计算开关磁阻电机特殊角度，并将电感特性分为三个阶段。其中θ₁表示开关磁阻电机的定子前沿与转子后沿重合时的转子位置，θ₂表示开关磁阻电机的定子前沿与转子前沿重合时的转子位置，θ_a表示开关磁阻电机的定子与转子中心对齐时的转子位置，θ_hr为转子前沿与定子中心线相重合时的转子位置，β_r为转子极弧，β_s为定子极弧，N_r为转子极对数。

步骤四：在0°＜θ＜θ₁位置，认为相电感等于不饱和电感。

步骤五：在θ₁＜θ＜θ_hr位置，认为不饱和电感与相电感为线性关系，可使用一次函数对不饱和电感与相电感进行拟合，如式(3)。基于不饱和电感得到θ₁到θ_hr位置相电感。

L(θ)＝k(i)L_un(θ,i)+L₀(i) (3)