开关磁阻电机滞环斩波控制无位置传感器技术,这是一篇与开关磁阻电机论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料,为你的论文写作提供参考。
开关磁阻电机论文参考文献：
摘 要：提出一种滞环斩波PWM控制和时间阀值比较相结合的开关磁阻电机特征位置估计方法在电机驱动运行中,导通相采用滞环斩波控制,滞环斩波PWM开通时间随相电感增大而增大,当转子到达极对极对齐的特征位置时开始减小,所以通过比较相邻两个滞环斩波PWM开通时间的大小,即可得到特征位置的位置检索脉冲信号.在电机刚开通时刻,相电流从零上升到斩波上限,第一个滞环斩波PWM开通时间比其后面相邻的滞环斩波PWM开通时间长,因此在开通角位置也产生一个位置检索脉冲,但该位置检索脉冲信号是随着开通角变化而变化,不能作为位置估计的基准,为此,用了时间阀值比较的方法,除去该位置检索脉冲信号.由于算法中各估计相是相互独立的,所以该算法具有缺相容错运行性能.实验验证了算法的可行性和正确性.
关键词：开关磁阻电机：无位置传感器；滞环斩波PWM控制；时间阀值；容错
DOI：10.15938/j.emc.2015.10.003
中图分类号：TM351
文献标志码：A
文章编号：1007-449X（2015）10-0015-08
0 引言
开关磁阻电机（switched reluctance motor,SRM）具有结构简单、成本低、容错性能强、适合工作在高温、高转速恶劣环境.开关磁阻电机的运行需要位置传感器检测转子位置信号,在高温、灰尘等恶劣环境下,位置传感器易出现故障,而缺相运行会降低电机输出效率,同时位置传感器的存在也增加了成本和系统的复杂性.因此,研究无位置传感器技术具有十分重要的实际意义.
近年来,国内外学者对开关磁阻电机无位置传感器技术进行了广泛的研究,提出一系列的位置估计算法,如脉冲注入法、磁链电流法、智能拟合算法、特征位置估算方法等.在静止和低速情况下,对空闲相注入脉冲,忽略反电动势和互感的影响,通过电感与脉冲电流、位置之间的数学模型估计出转子位置,或是通过设置换相阀值利用逻辑比较估计转子换相信号,该算法简单,易实现,但在高速区,脉冲电流有重叠,降低了位置估计的精确度.磁链电流法需要创建磁链与位置关系的数据表,通过实时计算的磁链查表获取转子位置,该方法需要事先实测电机的磁链,过程较繁琐.近几年,随着微处理器的发展,模糊逻辑和神经网络等先进智能算法也应用在SRM无位置传感器技术上,通过算法训练建立电机电压、磁链及转子位置之间的非线性映射关系,实现位置的估计,但该方法硬件实现过程较复杂,对处理器的要求很高.
特征位置估算方法是通过一个具有换相功能位置的电流或是磁链特性,获取位置估计的检索脉冲信号,如简化磁链法和电流梯度法.郑洪涛等提出一种简化磁链方法,选定电感最大位置作为换相时刻的特征位置,通过实时计算磁链与特征位置磁链比较得到换相位置.李珍国等在文献郑洪涛等基础上将能量优化开关角与简化磁链方法相结合.蔡骏等在郑洪涛等和李珍国等的基础上提出了任意给定开通角且与关断角无关的改进型简化磁链法.许培林等提出电流梯度方法,在定转子极对极开始重合之前,电流梯度大于零,而在定转子极对极开始重合之后,由于反电动势的存在,电流梯度小于零,所以文献根据电流梯度过零估计定转子极对极开始重合的特征位置.该方法虽然不需要电机精确的数学模型,但相电流检测过程中需要增加滤波调理电路.开关磁阻电机具有很强的容错性能,针对SRM容错性能的研究日前还主要集中在电机本体电磁场和有位置传感器下缺相故障的研究,而对SRM无位置传感器控制系统缺相故障状态下的研究很少.
本文提出一种滞环斩波PWM控制和时间阀值比较相结合的特征位置估计方法.该方法以极对极对齐位置为特征位置,同时,辅以时间阀值比较方法研究SRM无位置传感器技术.在位置估计过程中相与相是相互独立的,因此,该方法具有很强的容错功能.实验结果验证了所提方法的可行性.
1 滞环斩波控制特征位置估计方法
1.1 滞环斩波PWM控制分析
开关磁阻电机具有低速大转矩的特点,电机起动过程中,由于转速较低、电机反电动势小,相电流上升较快,容易对功率开关器件及电机造成损坏,因此,需对相电流进行斩波限幅.
采用滞环斩波PWM控制方式,图1是采用滞环斩波控制SRM运行的相电流与电感关系图,滞环宽度为i*±△i,当相电流大于滞环上限时,关断开关管,相电流下降,当相电流小于滞环下限时,开通开关管,相电流开始上升,通过相电流与滞环上限、下限比较得到滞环斩波PWM控制信号.
在忽略互感影响时,电机相电压方程为
相电流滞环宽度很小,所以可以认为滞环斩波PWM开通时间相电流和关断时问相电流的平均值相等,保持为i*不变（见图1）,由式（1）可以推到出滞环斩波PWM开通时间△ton和关断时间△toff的表达式分别为其中：为运动电动势；Uk是电源电压；R是绕组电阻；△ik是滞环上下限电流差,（图l中为2△i）,根据式（2）、式（3）知,△ton和△toff与电感的增量成正比,而增量电感又是转子位置和相电流的关系式,因此可以通过式（2）和式（3）推算出转子的位置信号,但需要知道相电阻的压降和反电动势,在相电压不大的情况下,相绕组压降是不能忽略的,反电动势又随着电机的转速和位置随时变化,所以从电流的变化斜率估算转子位置是有一定的困难的.
在此理论基础上进行改进,不需要通过式（2）、式（3）来估计转子位置信号,不需要知道绕组电阻和反电动势,避开了反电动势对位置估计的影响,只需分析滞环斩波PWM开通时间△ton的大小,就可得到特征位置的检索信号,从而得到转子的位置.
没滞环斩波PWM开通时间分别为,采样点依次为（如图1所示）,则在△tk和△k+1两个相邻的滞环斩波PWM开通时间相电压方程为其中：时间里相电流的平均值,由于△t很小,所以△t时间里相电流的平均值近似相等,即由式（4）减去式（5）得到 以图1分段线性电感模型为基础来分析,在电感上升阶段,电感斜率大于零且相等,即
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