用于开关磁阻电机驱动系统的新型单电阻电流采样技术

为进一步降低开关磁阻电动自行车设计成本,提出了单电阻电流采样的四相电流重构技术。对单电阻电流采样的四相电流重构技术的原理进行研究,建立了不同开关状态下四相电流与采样电流的关系。对换相而引起的非换相相电流波动问题进行分析,定义了无法重构相电流的区域为非观测区。提出使用单脉冲注入控制解决非观测区内无法重构相电流的方法,通过在非观测区注入单个脉冲信号,依据直流母线电压值重构得到相电流,并根据给定电流参考量,计算得到脉宽调制补偿信号的占空比,从而实现在非观测区的斩波控制。建立了Matlab/Simulink数字仿真模型,并进行仿真验证,最后进行了开关磁阻电机单电阻电流采样及控制算法的实验。结果表明,所提单电阻电流采样技术具备可行性和使用价值。

基于特征位置磁链开关磁阻电机无位置传感器技术

提出了一种基于特征位置磁链的改进型简化磁链开关磁阻电机无位置传感器技术。与传统简化磁链方法相比,该方法容易实现换相和电机双拍运行,针对12/8结构开关磁阻电机电感与位置关系,选取7.5°和15°作为特征位置,并利用实时磁链与特征位置磁链比较获取三相位置信号。为了提高处理器精度,本文只比较一个特征位置,而另一个特征位置由延迟得到。建立以dsPACE为核心的磁链实测和位置估计的模型,详细分析了7.5°和15°两个特征参考位置对位置估计精度的不同,得出在低速和空载情况下,以15°特征位置磁链为基准估计出来的位置信号比以7.5°特征位置磁链为基准估计出来的位置信号精度要高。最后,通过实验验证了所提方法的正确性和可行性。

六相开关磁阻电机N+2功率变换器断路故障状态下的中点电流特性分析

针对多相开关磁阻电机(switchedreluctancemotor,SRM)功率变换器结构复杂、体积大、成本高,电机本体出线过多等问题,该文提出一种N+2式功率变换器拓扑,并将其应用于六相SRM。该拓扑采用2个开关管代替裂相式拓扑中的中点分压电容,可有效地减少功率变换器的成本和重量,同时具有一定的容错运行能力。另外,由于2个中点开关管的引入,各相并非完全独立运行,中点电流包含各相电流的信息。该文介绍在5种不同故障情况下中点电流的变化情况,对比不同故障对输出转矩的影响。最后利用一台12/10结构的六相SRM对提出的N+2功率变换器进行相关实验。观测正常工作状态和不同故障状态下相电流、中点电流等特征波形的变化。实验结果可以验证理论分析的结果。

一种计及饱和与互感影响开关磁阻电机的磁通快速计算方法

开关磁阻电机(SRM)的电磁具有明显的非线性特征,传统异步电机的计算公式无法适用于开关磁阻电机的磁通,针对此问题提出了一种磁通快速计算方法。该方法以磁路模型为基础,同时考虑了磁路饱和及相间互感对磁通分布的影响。首先,通过求解磁路方程组,求得铁心各分段中的磁通、磁阻,进而求得磁链特性曲线。然后,分析了齿轭比参数对饱和特性及互感特性的影响,推导出轭部铁心先于齿部饱和的齿轭比临界值表达式。最后,以一台12/10结构的六相SRM为样机,将计算结果与有限元仿真结果进行对比,验证了方法的准确性。该方法降低了初期设计和分析过程中对有限元法和实验测量的依赖,有效提高了计算速度,减少了仿真成本。

开关磁阻电机滞环斩波控制无位置传感器技术

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。

六相开关磁阻电机双通道运行的仿真研究

文章介绍了12/10六相SR电动机双通道工作的基本原理。仿真分析了SNSN、SSNN两种不同绕组连接方式下,电机单相通电时的自感、互感特性,对应不同斩波电流的静态起动转矩。并仿真了两种绕组连接方式下,电机恒速1000 r/min,1500 r/min运行时单通道、双通道运行的输出转矩。仿真结果表明双通道运行时两种连接方式静态起动、动态运行性能相差不大,单通道运行时,采用SSNN连接方式静态起动转矩、恒转速输出转矩都明显高于SNSN方式。

开关磁阻电机2(n+1)公共上开关管功率拓扑加速续流控制策略

与传统的不对称半桥功率变换器拓扑相比,2(n+1)公共上开关管拓扑减少了1/4的功率器件,可有效地减小功率变换器体积,降低成本。同时2(n+1)公共上开关管拓扑也较大程度地保留了不对称半桥拓扑具有的相间独立、控制灵活等优点。但由于存在公共的上开关管,2(n+1)公共上开关管拓扑在续流阶段存在退磁速度慢、电流反常上升的问题,且在高速运行阶段该问题尤其明显。针对此问题,该文分析问题产生的原因,并且提出一种新的加速续流控制策略,加快续流速度,防止续流电流反常上升。该方法通过在公共上开关管驱动信号中叠加PWM信号,有效地提高了续流相绕组两端的等效电压,保证相电流在下一个周期开始励磁之前下降到零。文中通过Matlab/Simulink建立了一台四相8/6结构样机的数字仿真模型,并通过仿真分析证明加速续流策略的有效性。最后搭建实验平台,对提出的控制策略进行实验验证。实验结果表明,所提出的加速续流控制策略具备可行性及优越性。

六相互感式开关磁阻电机电感及转矩特性研究

以一台六相12/10结构开关磁阻电机为研究对象,分析了绕组反串连接的互感式开关磁阻电机(MCSRM)的电感特性和转矩特性,提出了提升输出转矩、减小转矩脉动的励磁模式。将公式法和冻结磁导率法分别用于铁芯不饱和与饱和状态,将总输出转矩分解为自感转矩和互感转矩两部分。对两种互感式绕组连接方式下六相样机的自感转矩、互感转矩波形进行了比较,得出导通宽度及铁芯饱和度对转矩波形有显著影响。特定励磁模式下,互感转矩平均值近似达到自感转矩的52%,有助于提高平均输出转矩,降低转矩脉动。最后,使用LCR测量仪测量绕组顺串及反串连接下不同位置角对应的电感,构成实测电感曲线,并使用转矩传感器测量不同励磁电流下的转矩实测曲线。实验结果与有限元仿真结果吻合,体现了理论分析的正确性。

开关磁阻电机共上管功率变换器的宽转速安全退磁控制策略

开关磁阻电机(SRM)用共上管功率变换器可以有效地减少功率开关器件的数量,降低系统成本,同时也具备传统不对称半桥变换器相间独立、励磁快等优点,但是公共上管的存在将出现各相退磁困难的问题。该文以 2(n+1)共上管功率变换器下四相 8/6 结构 SRM 为研究对象,研究电流斩波控制和角度位置控制时安全退磁的角度优化控制策略,理论推导共上管功率变换器临界退磁换相时的导通宽度,确保系统在宽转速范围内高效可靠的运行;并通过仿真分析及实验结果验证了共上管变换器的SRM 在电流斩波控制(CCC)和角度位置控制(APC)模式下安全退磁的控制参数的合理性。