CN101404474B - 一种开关磁阻电机的运行方法和实现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关磁阻电机的运行方法和和实现装置。在开关磁阻电机的转动过程中，电机从初始位置起两相绕组通电运转，在一个步进角内运转过程中，当转子极到达与前相励磁定子极对齐位置前截止前相定子绕组电流，由后相定子绕组单相通电提供所需动力转矩，直至转子转入下一个步进角，重复上述过程。即在转子极未到达与定子极对齐位置时励磁方式由两相绕组供电切换为单相绕组供电。本发明所需的电流幅值小于单相励磁所需电流幅值，有利于降低主开关管的电流容量，降低系统成本，在输出较大转矩的同时避免了磁路饱和的影响，使得铁心损耗减少，提高电机效率。

Description

一种开关磁阻电机的运行方法和实现装置
技术领域：
本发明涉及一种开关磁阻电机的运行方法和实现装置。属于开关磁阻电机的运转，适用于三相、四相、五相开关磁阻电机。
技术背景：
近年来，开关磁阻电机结构简单，价格便宜等优点引起各国电力传动界的广泛关注，其应用和发展取得了明显的进步。开关磁阻电机的稳态运行工作方式为单相绕组通电，转矩由一相绕组产生。单相绕组导通的工作方式存在的最大不足之处是，转矩脉动大。针对单相导通的局限性，1999年韩国的学者提出了一种三相开关磁阻电机两相同时励磁的新型控制方案。这种方案类似于步进电机的三相六拍运行，任何时刻都有两相绕组同时供电，避免了绕组的突然切换，从而大大的降低了电机的转矩波动，降低了电机的噪声，并且提高了电机的转矩输出。其缺点在于：采用双相导通模式，由于绕组续流的缘故，实际存在两相绕组同时导通和三相绕组同时导通的情况，使得部分通电绕组产生负转矩，增加了控制的复杂性。并且，随着转子极转向与定子极重合位置，部分铁心中较高的磁密对电机产生较大影响，增加了电机的损耗进而降低电机效率。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机的运行方法和实现装置。针对常用的三相、四相、五相开关磁阻电机，提出：在电机的一个步进角内，于特定的定子转子相对位置处实行双相绕组通电切换至单相绕组通电的混合通电方法。这样的运行方法，所需的电流幅值小于单相励磁所需电流幅值，有利于降低主开关管的电流容量，降低系统成本，在输出较大转矩的同时避免了磁路饱和的影响。
本发明提供的一种开关磁阻电机的运行方法包括的步骤：
开关磁阻电机的步进动作所致磁场每隔一个步进角重复一次，开关磁阻电机从初始位置起两相定子绕组通电运转，两相绕组通电的开关磁阻电机只能单方向起动运转，按照开关磁阻电机起动正方向，在一个步进角内运转过程中，当转子极到达与前相励磁定子极对齐位置前截止前相定子绕组电流，由后相定子绕组单相通电提供动力转矩转动，直至转子沿正方向转入下一个步进角，重复上述过程。
所述正方向为开关磁阻电机从初始位置起动运转的方向。
所述的前相为一个步进角中，按照开关磁阻电机转动正方向，最先与转子极重合的定子相。
所述的后相为绕组持续通电一个步进角，并将在转子转入下一个步进角中继续导通的定子相。
所述的初始位置为，按照开关磁阻电机的转动正方向，定子极中心线与转子极中心线相差一个步进角位置处。
所述的对齐位置为定子极中心线与转子极中心线重合处。
所述的运行方法的实现装置主要包括光电编码器和DSP控制器，电机的转子位置检测采用光电编码器，光电编码器与电机转子同轴相连。光电编码器输出脉冲信号传入DSP控制器的捕获引脚CAP/QEP，DSP控制器通过记录脉冲个数获得转子具体位置，输出逻辑电平型的脉宽调制控制信号(PWM)，来控制开关磁阻电机功率电路中开关管的通断，控制各相绕组电流的导通开断时间。
本发明所提供的方法与现有方法相比，具有以下优点：采用此种控制方法的开关磁阻电机输出转矩高，双相通电期间输出的最小转矩为单相通电输出转矩的最大转矩，双相通电期间输出的最大转矩为单相通电时最大转矩的两倍。调整定子相供电时刻和断电时刻，在对齐位置前截止前相绕组电流切换到后相绕组单相通电，会在定子极转子极重叠位置出现较低磁阻的路径，对于相同的磁动势，可以产生更大的转矩。并且对齐位置处定子轭的高度磁饱和缓解，输出转矩增加的同时，损耗减少。在转子接近对齐位置处，由前相通电绕组产生的磁场作用在转子上几乎不产生有效切向转矩，径向拉力很大。应用此种方法作为电机的运行工作方式可以有效地减小电机转矩脉动，增加电机输出转矩，同时降低电机能量损耗，提高电机效率。
附图说明：
结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为所述四相8/6极开关磁阻电机的一个步进角15°示意图。
图2为所述四相8/6极开关磁阻电机的转子初始位置P示意图。
图3为所述四相8/6极开关磁阻电机的前相、后相和对齐位置Q示意图。
图4为本发明实施例电机转子极到达定子极中心线与转子极中心线夹角为6°换流位置处示意图。
图5为所述开关磁阻电机的光电编码器位置安装图。
图6为光电编码器的A、B两路正交脉冲输出信号。
图7为本发明实施例的位置控制装置组成。
图8为本发明实施例四相8/6极开关磁阻电机绕组励磁电压波形。
图9为本发明实施例四相8/6极开关磁阻电机与采用两相导通方法在一个步进角范围的输出转矩对比图。
图10为本发明实施例四相8/6极开关磁阻电机与采用两相导通方法运行的铁心损耗对比图。
具体实施方案
结合附图具体说明如下：
如图3所示，P初始位置，Q对齐位置，1前相，2后相。
如图5所示，3-定子，4-转子，5-绕组，6-电机轴，7-光电编码器。
如图1所示，四相8/6极开关磁阻电机转子的一个步进角为15°。所述转子初始位置P如图2所示，如图3所示转子从初始位置P开始，前相1与后相2绕组同时通电，转子逆时针旋转。当转子临近定子转子极对齐位置Q，截止前相1的绕组电流，由后相2定子绕组单相通电提供所需的动力转矩，直至转子到达对齐位置Q继续转入下一个步进角，重复上述由两相绕组供电切换为单相绕组供电过程。开关磁阻电机转子从位置P开始逆时针旋转一周的励磁过程中，各绕组通电相序为AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB。
由前相1绕组与后相2绕组同时通电调整为后相2定子绕组单相通电时关断角α，是与电机的尺寸参数相对应的角度，切换角范围在10°～5°。对于本例四相8/6极电机来说，切换角为9°，即转子极到达定子极中心线与转子极中心线夹角为6°位置处换流，如图4所示。
电机的转子位置检测采用2500线光电编码器(日本多摩川，OIH48-2500)7，光电编码器7与转子4同电机轴6相连，光电编码器7输出两路相互正交的A、B脉冲信号，如图7所示，将A、B信号反馈传至DSP控制器(美国德州仪器，TMS320LF2407)的捕获引脚CAP1/QEP1和CAP2/QEP2。DSP控制器内置正交编码脉冲电路，可以自动识别由外部引脚上输入的正交编码脉冲，记录脉冲的个数。电机旋转一周360°，DSP控制器根据上下沿检测得到光电编码器7输入的共10000个位置脉冲，控制器根据光电编码器7输出的脉冲数值获得电机转子的具体位置，输出逻辑电平型的脉宽调制控制信号，以来控制开关磁阻电机功率电路中开关管的通断，控制各相绕组电流的导通开断时间，电机的转子位置控制装置的组成如图7所示，包括指令装置、DSP控制器、功率电路，依次连接，再连接电机，电机与DSP控制器之间有光电编码器。指令装置和功率电路为通用的指令装置和通用的功率电路。
在本实施例中，从初始位置开始算起，0°时为绕组AB通电，当转子到达9°处即光电编码器输出第(10000/360)*9个脉冲时截止A相绕组电流，当检测转子到达15°位置处即光电编码器输出第(10000/360)*15个脉冲时开始为C相绕组通电，当检测到转子到达24°位置处即光电编码器输出第(10000/360)*24个脉冲时截止B相的绕组电流，以此类推。
相应开关磁阻电机的绕组励磁电压波形如图8所示，采用本发明方法与两相导通方法的输出转矩对比如图9所示，在增加电机输出转矩的同时使转矩曲线更加平缓，有效降低了转矩脉动，减小噪声。如图10所示为采用本发明方法运行与采用两相导通方法运行的开关磁阻电机铁心损耗对比，由于采用本发明方法使在对齐位置处定子轭的高度磁饱和缓解，使得铁心损耗减少，提高电机效率。
本发明应用于三相6/4极开关磁阻电机，五相10/8极开关磁阻电机等各种相数、结构的开关磁阻电机方法与上述方法类似。三相6/4极开关磁阻电机步进角为30°，前相定子绕组电流截止范围在转子极到达定子极中心线与转子极中心线夹角为15°～5°范围内；五相10/8极开关磁阻电机步进角为9°，前相定子绕组电流截止范围在转子极到达定子极中心线与转子极中心线夹角为3°位置处。

Claims (5)

1.一种用于开关磁阻电机的运行方法，其特征在于包括的步骤：开关磁阻电机从初始位置起两相绕组供电运转，两相绕组通电的开关磁阻电机只能单方向起动运转，按照开关磁阻电机起动正方向，在一个步进角内运转过程中，当转子极到达与前相励磁定子极对齐位置前截止前相定子绕组电流，由后相定子绕组单相通电提供所需动力转矩，直至转子沿正方向转入下一个步进角；重复上述过程；
所述的正方向为开关磁阻电机从初始位置起动运转的方向；
所述的前相为一个步进角中，按照开关磁阻电机转动正方向，最先与转子极重合的定子相；
所述的后相为绕组持续通电一个步进角，并将在转子转入下一个步进角中继续导通的定子相；
所述的初始位置为，按照开关磁阻电机的转动正方向，定子极中心线与转子极中心线相差一个步进角位置处；
所述的对齐位置为定子极中心线与转子极中心线重合处。
2.按照权利要求1所述的运行方法，其特征在于所述的开关磁阻电机是三相6/4极开关磁阻电动机，所述的截止前相定子绕组电流处位于转子到达定子极中心线与转子极中心线夹角为15°～5°位置。
3.按照权利要求1所述的运行方法，其特征在于所述的开关磁阻电机是四相8/6极开关磁阻电动机，所述的截止前相定子绕组电流处位于转子到达定子极中心线与转子极中心线夹角为10°～5°位置。
4.按照权利要求1所述的行方法，其特征在于所述的开关磁阻电机是五相10/8极开关磁阻电动机，所述的截止前相定子绕组电流处位于转子到达定子极中心线与转子极中心线夹角为3°位置。
5.一种权利要求1所述的运行方法的实现装置，其特征在于它包括：
光电编码器，用于检测电机的转子位置，光电编码器与电机转子同轴相连，光电编码器输出脉冲信号传入DSP控制器的捕获引脚CAP/QEP；
DSP控制器，用于根据光电编码器输出的脉冲数值获得转子具体位置，输出逻辑电平型的脉宽调制控制信号来控制开关磁阻电机功率电路中开关管的通断，控制各相绕组电流的导通开断时间。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103633806B (zh) * 2013-12-11 2016-03-16 哈尔滨工业大学 单相横向磁通全控式开关磁阻电机
GB201323080D0 (en) * 2013-12-27 2014-02-12 Valeo Air Man Uk Ltd Motor starting methods
CN104935138A (zh) * 2015-04-13 2015-09-23 三峡大学 一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法
CN106771680A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 广东明阳龙源电力电子有限公司 一种开关磁阻电机相序确定的方法
CN107947676B (zh) * 2017-11-30 2020-01-17 深圳市显控科技股份有限公司 一种开关磁阻电机的驱动控制系统及其方法
CN111669100A (zh) * 2019-03-07 2020-09-15 惠州拓邦电气技术有限公司 一种开关磁阻电机运行控制方法及系统
CN109888899A (zh) * 2019-03-25 2019-06-14 崔进 一种电能回收型开关磁阻电动机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103733502A (zh) * 2011-08-10 2014-04-16 开利公司 Hvac电动机负载均衡

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