CN103872952B - 一种开关磁阻电机控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关磁阻电机控制装置及方法，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制装置包括：单脉冲控制单元，电流斩波控制单元、IMAX计算模块、检测模块以及开关装置K1；IMAX计算模块，计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX；检测模块，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，闭合开关装置K1，启用电流斩波控制单元，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则断开开关装置K1，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制。本发明提供的控制装置及方法通过单脉冲控制方式结合电流斩波控制方式来实现，能够有效抑制绕组相电流上升速度和尖峰，抑制和消除机电耦合装置抖动。

Description

一种开关磁阻电机控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机控制装置及方法，尤其是涉及当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，能够抑制和消除基于开关磁阻电机的机电耦合装置抖动的开关磁阻电机控制装置及方法。
背景技术
开关磁电机控制方式主要是电流斩波控制、电压斩波控制、单脉冲控制。电流斩波控制是当转子位置处于电流导通区间时，比较相电流I与电流斩波限值IMAX，若I＜IMAX，则功率开关元件开通，电流上升达斩波限值；如I≥IMAX，则功率开关器件关断，电流下降。电流斩波控制时直接控制相电流维持于斩波限值附近波动，适用于低速段。电压斩波控制是当转子位置处于电流导通区间时，使功率开关器件工作于PWM状态。电压斩波控制通过调节PWM占空比和频率分别控制相绕组上电压有效值和电流变化率，即适合低速段也适合高速段。单脉冲控制是通过调整开通角和关断角控制相电流。单脉冲控制在转速和母线电压确定时，通过固定开通角，增加和减小关断角的方式分别增加和减小相电流；还可以通过将开通角固定，调整关断角的方式找到最优相电流波形，达到最优效率。单脉冲转矩调节范围大，开关磁阻电机效率较高，用于高速运行。
为达到较大转矩调节范围和较高效率，在额定转速的50％～75％特定转速范围，开关磁阻电机通常采用单脉冲控制方式，如图1所示，给定功率到给定电流计算模块，计算得到给定电流Ic。此时，开关磁阻电机输出大功率和大扭矩时，电流上升快，尖峰高，电流脉动大，转矩脉动大，瞬时输出力矩和转速变化大，采用图1所示控制装置电动时相电流波形，如图3中的(a)所示；采用图1所示控制装置电动时相电流波形，如图4中的(c)所示。但与此同时，在基于开关磁电机的机电耦合装置中，开关磁阻电机和变速箱及发动机之间非理想刚性机械连接，机械装置在此频率段存在固有谐振频率，引发共振，产生抖动，从而影响机电耦合装置的稳定性能，以至于影响整机的运行平稳性。
抖动频率和电机极对数有关，简单可以根据开关磁阻电机在一周内产生的脉动次数a计算，抖动频率f＝转速n×a/60。对于12/8极三相，额定转速为2000r/min的电机，抖动频率约为133～200Hz。
在额定转速的50％～75％特定转速范围，开关磁阻电机如果采用电压斩波控制方式，同样会产生大的电流尖峰和转矩脉动，也会引发抖动。
在额定转速的50％～75％特定转速范围，转速已经较高，如果采用电流斩波控制方式会较大降低开关磁阻电机效率，难以适用。
发明内容
本发明的目的是抑制和消除基于开关磁阻电机的机电耦合装置，在电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围，大功率和大扭矩输出时产生的抖动。
为实现上述目的，本发明提供了一种开关磁阻电机控制装置，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，包括：单脉冲控制单元，其中，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制装置还包括：电流斩波控制单元、IMAX计算模块、检测模块以及开关装置K1；
IMAX计算模块，计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX，IMAX是以开关磁阻电机当前给定输出功率PC和设定的低限电流值IP为参数的函数，IMAX＝f(PC，IP)；IMAX计算模块由电机当前给定输出功率PC作为输入项的同相比例运算电路实现，放大倍数为设定的低限电流值IP和当前开关磁阻电机峰值功率的比值。
检测模块，输入为当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX和当前该相绕组相电流I，输出开关信号用于控制开关装置K1的闭合和断开，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，闭合开关装置K1，启用电流斩波控制单元，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则断开开关装置K1，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制；检测模块由当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX和当前该相绕组相电流I作为输入项的电压比较器电路实现。
上述IMAX＝f(PC,IP)为比例函数、线性函数、分段函数、或通过查表方式计算。
为实现上述目的，本发明同时还提供了一种开关磁阻电机控制方法，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，对开关磁阻电机绕组相电流进行单脉冲控制，其中，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制方法还包括：
计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX，IMAX是以开关磁阻电机当前给定输出功率PC和设定的低限电流值IP为参数的函数，IMAX＝f(PC,IP)；
判断当前单相绕组相电流I与当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX的大小，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制。
上述IMAX＝f(PC,IP)为比例函数、线性函数、分段函数、或通过查表方式计算。
在额定转速的50％～75％特定转速范围，本发明提供的控制装置及方法通过单脉冲控制方式结合电流斩波控制方式来实现，能够有效抑制绕组相电流上升速度和尖峰，从而抑制开关磁阻电机转矩脉动，抑制和消除机电耦合装置抖动。
附图说明
图1为开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，一种现有开关磁阻电机控制装置的结构示意图；
图2为开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，本发明开关磁阻电机控制装置的结构示意图；
图3为开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，采用现有的图1所示控制装置及采用本发明的图2所示控制装置电动时电流波形示意图；
图4为开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，采用现有的图1所示控制装置及采用本发明的图2所示控制装置发电时电流波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种开关磁阻电机控制装置，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，包括：单脉冲控制单元，其中，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制装置还包括：电流斩波控制单元、IMAX计算模块、检测模块以及开关装置K1；
IMAX计算模块，计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX，IMAX是以开关磁阻电机当前给定输出功率PC和设定的低限电流值IP为参数的函数，IMAX＝f(PC,IP)；IMAX计算模块由电机当前给定输出功率PC作为输入项的同相比例运算电路实现，放大倍数为设定的低限电流值IP和当前开关磁阻电机峰值功率的比值。
检测模块，输入为当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX和当前该相绕组相电流I，输出开关信号用于控制开关装置K1的闭合和断开，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，闭合开关装置K1，启用电流斩波控制单元，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则断开开关装置K1，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制；检测模块由当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX和当前该相绕组相电流I作为输入项的电压比较器电路实现。
上述IMAX＝f(PC,IP)为比例函数、线性函数、分段函数、或通过查表方式计算。
本发明同时还提供了一种开关磁阻电机控制方法，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，对开关磁阻电机绕组相电流进行单脉冲控制，其中，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制方法还包括：
计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX，IMAX是以开关磁阻电机当前给定输出功率PC和设定的低限电流值IP为参数的函数，IMAX＝f(PC,IP)；
判断当前单相绕组相电流I与当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX的大小，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制。
上述IMAX＝f(PC,IP)为比例函数、线性函数、分段函数、或通过查表方式计算。
在开关磁阻电机处于电动和发电状态时均可以采用上述控制装置和方法。如图3中的(b)所示；采用本发明控制装置及方法电动时相电流波形，如图4中的(d)所示。在额定转速的50％～75％特定转速范围，本发明提供的控制装置及方法通过单脉冲控制方式结合电流斩波控制方式来实现，能够有效抑制绕组相电流上升速度和尖峰，从而抑制开关磁阻电机转矩脉动，抑制和消除机电耦合装置抖动。
在某混合动力公交车机电耦合装置中，开关磁阻电机系统通过动力合成装置与变速箱和发动机系统相连，整车控制器通过网络控制开关磁阻电机在发电和电动不同功率模式下运行，以充分发挥混合动力平台的优势，使得整车动力性能、经济性能和驾驶性能达到最优。
在此装置中，开关磁阻电机峰值功率PMAX为80Kw，额定转速为3500r/min，在开关磁阻电机转速处于1900r/min附近，输出功率在50Kw以上时，开关磁阻电机绕组相电流上升较快，机电耦合装置出现抖动。采用本发明方法，在1750～2625r/min转速段，将开关磁阻电机单相绕组相电流的限制电流IMAX设为当前给定输出功率PC和低限电流值IP的函数f，放大倍数为设定的低限电流值IP和当前开关磁阻电机峰值功率的比值，k为调整系数，设为1.15。采用本发明后，有效抑制绕组相电流上升速度和尖峰，从而抑制电机转矩脉动，进而抑制和消除机电耦合装置抖动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种开关磁阻电机控制装置，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，包括：单脉冲控制单元，其特征在于，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制装置还包括：电流斩波控制单元、IMAX计算模块、检测模块以及开关装置K1；
IMAX计算模块，计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX，IMAX是以开关磁阻电机当前给定输出功率PC和设定的低限电流值IP为参数的函数，IMAX＝f(PC,IP)；IMAX计算模块由电机当前给定输出功率PC作为输入项的同相比例运算电路实现；
检测模块，输入为当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX和当前该相绕组相电流I，输出开关信号用于控制开关装置K1的闭合和断开，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，闭合开关装置K1，启用电流斩波控制单元，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则断开开关装置K1，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制；检测模块由当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX和当前该相绕组相电流I作为输入项的电压比较器电路实现。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机控制装置，其特征在于，所述IMAX＝f(PC,IP)为比例函数、线性函数、分段函数、或通过查表方式计算。
3.一种开关磁阻电机控制方法，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，对开关磁阻电机绕组相电流进行单脉冲控制，其特征在于，当开关磁阻电机处于额定转速的50％～75％特定转速范围时，该控制方法还包括：
计算当前电机单相绕组相电流的最大限制电流IMAX，IMAX是以开关磁阻电机当前给定输出功率PC和设定的低限电流值IP为参数的函数，IMAX＝f(PC,IP)；
判断当前单相绕组相电流I与当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX的大小，当当前单相绕组相电流I大于或等于当前该相绕组相电流的最大限制电流IMAX时，对当前该相绕组相电流同时进行单脉冲控制和电流斩波控制；否则，对当前该相绕组相电流仅进行单脉冲控制。
4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机控制方法，其特征在于，所述IMAX＝f(PC,IP)为比例函数、线性函数、分段函数、或通过查表方式计算。
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