CN104333276A - 一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法，在转子位置区间[0°，θr/3]设置第一组转矩阈值，在转子位置区间[θr/3，θr/2]设置第二组转矩阈值，对相邻的A相和B相供电励磁，A相供电励磁比B相供电励磁超前θr/3，A相关断，B相开通，A相到B相的整个换相过程分为两个区间，在转子位置区间[0°，θ1]A相使用第二组转矩阈值，B相使用第一组转矩阈值，临界位置θ1是在换相过程中自动出现的，无需额外进行计算，总转矩控制在[Te+th2low，Te+th2up]之间；在转子位置区间[θ1，θr/3]A相继续使用第二组转矩阈值，B相继续使用第一组转矩阈值，总转矩被控制在[Te+th1low，Te+th1up]之间，从而抑制了三相开关磁阻电机转矩脉动。

Description

一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法，适用于三相开关磁阻电机驱动系统。 
背景技术
传统的开关磁阻电机直接转矩控制用于消除转矩脉动，需要对功率变换器主开关关断角进行设定，不同的功率变换器主开关关断角对转矩控制性能具有重要影响，为平滑输出转矩，需要通过离线计算或在线调节的方式确定关断角。为产生最大平滑转矩，需迅速建立励磁电流，因此一旦进入导通区间，应使电流以最大速率上升，为避免产生负转矩，应使电流以最大速率下降，功率变换器主开关关断角应位于恰当位置，其靠前，则电流不能上升到一定水平，转矩低于期望值；其偏后，则电流进入负转矩区。要求苛刻，实用性不好。因此，需要一种新的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法，无需考虑功率变换器主开关关断角对转矩控制性能的影响，可实现最大范围的输出转矩平滑控制。 
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中存在的问题，提供一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法， 
技术方案：本发明的三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法，包括如下步骤： 
a.在转子位置区间[0°，θr/3]设置第一组转矩阈值(th1low，th1up)，在转子位置区间[θr/3，θr/2]设置第二组转矩阈值(th2low，th2up)，其中：4个转矩阈值满足条件： 
th1up＞th2up＞0  (1) 
th2low＜th1low＜0  (2) 
|th1up|＝|tj2low|  (3) 
|th2up|＝|th1low|  (4) 
其中：转子位置0°为最小相电感位置，转子位置θr为齿距角即一个转子周期，半个转子周期是θr/2； 
b.设置励磁状态SA为A相供电励磁的状态，励磁状态SA＝1表示A相供电励磁电压为正，励磁状态SA＝-1表示A相供电励磁电压为负；设置励磁状态SB为B相供电励磁的状态，励磁状态SB＝1表示B相供电励磁电压为正，励磁状态SB＝-1表示B相供电励磁电压为负，期望的总平滑转矩为Te； 
c.对相邻的A相和B相供电励磁，A相供电励磁比B相供电励磁超前θr/3，此时，A相关断，B相开通，通过A相到B相两个区间的换相过程，实现三相开关磁阻电机转矩脉动的两电平抑制。 
根据权利要求1所述的一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法，其特征在于：所述A相到B相两个区间的换相过程如下： 
(1)在转子位置区间[0°，θ1]，A相使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)，临界位置θ1是在换相过程中自动出现的，无需额外进行计算； 
(1.1)在转子位置0°进入B相导通周期，设定初始励磁状态SB＝1，B相电流和转矩从0开始增大；励磁状态SA保持原有状态SA＝-1，A相电流与转矩减小；由于B相在该位置电感变化率及电流较小，因此B相转矩增大速率小于A相转矩减小速率，总转矩随A相减小； 
(1.2)当总转矩首先达到转矩值Te+th1low时，不满足A相、B相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续减小； 
(1.3)当总转矩减小到转矩值Te+th2low时，满足A相状态转移条件，励磁状态SA从-1切换到1，A相转矩增大；B相保持原有状态，B相转矩继续增大，从而总转矩增大； 
(1.4)当总转矩增大达到转矩值Te+th1low时，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续增大； 
(1.5)当总转矩增大到转矩值Te+th2up时，满足A相状态转移条件，励磁状态SA从1切换到-1，A相转矩减小；但不未满足B相状态转移条件，励磁状态SB保持原有状态，总转矩开始减小； 
(1.6)重复步骤(1.2)～(1.5)，励磁状态SB一直保持状态1，即B相受正电压激励，B相电流和转矩以最大速率增大；励磁状态SA在-1和1之间切换，将总转矩始终控制在[Te+th2low，Te+th2up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[0°，θ1]的脉动； 
(2)在转子位置区间[θ1，θr/3]，A相继续使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相继续使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)； 
(2.1)在转子位置θ1位置，此时B相电感变化率及相电流已达到一定水平，当励磁状态SB＝1，励磁状态SA＝-1时，B相转矩上升速率不再小于A相转矩下降速率，总转矩变化趋势由B相决定，总转矩增大； 
(2.2)当总转矩上升至转矩值Te+th1up，满足B相状态转移条件，励磁状态SB由1转为-1，B相转矩下降；励磁状态SA保持-1状态，总转矩下降； 
(2.3)当总转矩首先下降到转矩值Te+th2up，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状 态SA和SB保持原有状态，总转矩继续下降； 
(2.4)总转矩下降到转矩值Te+th1low，满足B相状态转移条件，励磁状态SB由-1转为1，B相转矩增加；励磁状态SA保持-1状态，总转矩随B相转矩而增加； 
(2.5)当总转矩增加到转矩值Te+th2up，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续增加； 
(2.6)当总转矩增加到转矩值Te+th1up，重复步骤(2.2)～(2.5)，励磁状态SA保持-1状态，励磁状态SB在-1和1之间切换，将总转矩被控制在[Te+th1low，Te+th1up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[θ1，θr/3]的脉动。 
有益效果：由于采用了上述两电平抑制方法，不用考虑不同功率变换器主开关关断角对转矩控制性能的影响，不需要通过离线计算或在线调节的方式确定关断角，只是通过设置两组转矩阈值和设置相邻的A相和B相励磁状态，分别使A相和B相在供电励磁电压为正、负两种励磁状态之间切换，控制总转矩在两组转矩阈值之间，就能平滑控制三相开关磁阻电机瞬时转矩，抑制了三相开关磁阻电机转矩脉动，电机绕组实际激励电压波形与期望电压波形具有相同的特征，实际相电流波形与期望相电流波形高度吻合，实用性强，适用于各种类型、各种结构的三相开关磁阻电机驱动系统，无需额外进行计算，在转子位置区间[θ1，θr/3]A相使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)，总转矩被控制在[Te+th2low，Te+th2up]之间和[Te+th1low，Te+th1up]之间，抑制了三相开关磁阻电机转矩脉动，具有广泛的应用前景。 
附图说明
图1是本发明的开关磁阻电机两电平转矩阈值设定示意图； 
图2(a)是本发明的B相供电励磁状态的转换示意图； 
图2(b)是本发明的A相供电励磁状态的转换示意图； 
图3是本发明的开关磁阻电机转矩波形。 
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述： 
如图1所示，针对一台三相开关磁阻电机，a.在转子位置区间[0°，θr/3]设置第一组转矩阈值(th1low，th1up)，在转子位置区间[θr/3，θr/2]设置第二组转矩阈值(th2low，th2up)，其中：4个转矩阈值满足条件： 
th1up＞th2up＞0  (1) 
th2low＜th1low＜0  (2) 
|th1up|＝|th2low|  (3) 
|th2up|＝|th1low|  (4) 
其中：转子位置0°为最小相电感位置，转子位置θr为齿距角即一个转子周期，半个转子周期是θr/2； 
b.如图2(a、b)所示，设置励磁状态SA为A相供电励磁的状态，励磁状态SA＝1表示A相供电励磁电压为正，励磁状态SA＝-1表示A相供电励磁电压为负；设置励磁状态SB为B相供电励磁的状态，励磁状态SB＝1表示B相供电励磁电压为正，励磁状态SB＝-1表示B相供电励磁电压为负，期望的总平滑转矩为Te； 
c.对相邻的A相和B相供电励磁，A相供电励磁比B相供电励磁超前θr/3，此时，A相关断，B相开通，如图1所示，A相到B相的换相过程分为两个区间： 
(1)在转子位置区间[0°，θ1]，A相使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)，临界位置θ1是在换相过程中自动出现的，无需额外进行计算； 
(1.1)在转子位置0°进入B相导通周期，设定初始励磁状态SB＝1，B相电流和转矩从0开始增大；励磁状态SA保持原有状态SA＝-1，A相电流与转矩减小；由于B相在该位置电感变化率及电流较小，因此B相转矩增大速率小于A相转矩减小速率，总转矩随A相减小； 
(1.2)当总转矩首先达到转矩值Te+th1low时，不满足A相、B相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续减小； 
(1.3)当总转矩减小到转矩值Te+th2low时，满足A相状态转移条件，励磁状态SA从-1切换到1，A相转矩增大；B相保持原有状态，B相转矩继续增大，从而总转矩增大； 
(1.4)当总转矩增大达到转矩值Te+th1low时，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续增大； 
(1.5)当总转矩增大到转矩值Te+th2up时，满足A相状态转移条件，励磁状态SA从1切换到-1，A相转矩减小；但不未满足B相状态转移条件，励磁状态SB保持原有状态，总转矩开始减小； 
(1.6)重复步骤(1.2)～(1.5)，励磁状态SB一直保持状态1，即B相受正电压激励，B相电流和转矩以最大速率增大；励磁状态SA在-1和1之间切换，将总转矩始终控制在[Te+th2low，Te+th2up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[0°，θ1]的脉动； 
(2)在转子位置区间[θ1，θr/3]，A相继续使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相继续使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)； 
(2.1)在转子位置θ1位置，此时B相电感变化率及相电流已达到一定水平，当励磁状态SB＝1，励磁状态SA＝-1时，B相转矩上升速率不再小于A相转矩下降速率，总转矩变化趋势由B相决定，总转矩增大； 
(2.2)当总转矩上升至转矩值Te+th1up，满足B相状态转移条件，励磁状态SB由1转为-1，B相转矩下降；励磁状态SA保持-1状态，总转矩下降； 
(2.3)当总转矩首先下降到转矩值Te+th2up，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续下降； 
(2.4)总转矩下降到转矩值Te+th1low，满足B相状态转移条件，励磁状态SB由-1转为1，B相转矩增加；励磁状态SA保持-1状态，总转矩随B相转矩而增加； 
(2.5)当总转矩增加到转矩值Te+th2up，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续增加； 
(2.6)当总转矩增加到转矩值Te+th1up，重复步骤(2.2)～(2.5)，励磁状态SA保持-1状态，励磁状态SB在-1和1之间切换，将总转矩被控制在[Te+th1low，Te+th1up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[θ1，θr/3]的脉动。 
对相邻的B相和C相供电励磁，B相供电励磁比C相供电励磁超前θr/3时的转矩阈值设定、换相过程、B相和C相励磁状态切换转移方法，与上述情况类似。对相邻的C相和A相供电励磁，C相供电励磁比A相供电励磁超前θr/3时的转矩阈值设定、换相过程、C相和A相励磁状态切换转移方法，与上述情况类似。所获得的开关磁阻电机转矩波形如图3所示。 

Claims (2)

1.一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在转子位置区间[0°，θr/3]设置第一组转矩阈值(th1low，th1up)，在转子位置区间[θr/3，θr/2]设置第二组转矩阈值(th2low，th2up)，其中：4个转矩阈值满足条件：
th1up＞th2up＞0  (1)
TH2low＜th1low＜0  (2)
|th1up|＝|th2low|  (3)
|th2up|＝|th1low|  (4)
其中：转子位置0°为最小相电感位置，转子位置θr为齿距角即一个转子周期，半个转子周期是θr/2；
b.设置励磁状态SA为A相供电励磁的状态，励磁状态SA＝1表示A相供电励磁电压为正，励磁状态SA＝-1表示A相供电励磁电压为负；设置励磁状态SB为B相供电励磁的状态，励磁状态SB＝1表示B相供电励磁电压为正，励磁状态SB＝-1表示B相供电励磁电压为负，期望的总平滑转矩为Te；
c.对相邻的A相和B相供电励磁，A相供电励磁比B相供电励磁超前θr/3，此时，A相关断，B相开通，通过A相到B相两个区间的换相过程，实现三相开关磁阻电机转矩脉动的两电平抑制。
2.根据权利要求1所述的一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法，其特征在于：所述A相到B相两个区间的换相过程如下：
(1)在转子位置区间[0°，θ1]，A相使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)，临界位置θ1是在换相过程中自动出现的，无需额外进行计算；
(1.1)在转子位置0°进入B相导通周期，设定初始励磁状态SB＝1，B相电流和转矩从0开始增大；励磁状态SA保持原有状态SA＝-1，A相电流与转矩减小；由于B相在该位置电感变化率及电流较小，因此B相转矩增大速率小于A相转矩减小速率，总转矩随A相减小；
(1.2)当总转矩首先达到转矩值Te+th1low时，不满足A相、B相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续减小；
(1.3)当总转矩减小到转矩值Te+th2low时，满足A相状态转移条件，励磁状态SA从-1切换到1，A相转矩增大；B相保持原有状态，B相转矩继续增大，从而总转矩增大；
(1.4)当总转矩增大达到转矩值Te+th1low时，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续增大；
(1.5)当总转矩增大到转矩值Te+th2up时，满足A相状态转移条件，励磁状态SA从1切换到-1，A相转矩减小；但不未满足B相状态转移条件，励磁状态SB保持原有状态，总转矩开始减小；
(1.6)重复步骤(1.2)～(1.5)，励磁状态SB一直保持状态1，即B相受正电压激励，B相电流和转矩以最大速率增大；励磁状态SA在-1和1之间切换，将总转矩始终控制在[Te+th2low，Te+th2up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[0°，θ1]的脉动；
(2)在转子位置区间[θ1，θr/3]，A相继续使用第二组转矩阈值(th2low，th2up)，B相继续使用第一组转矩阈值(th1low，th1up)；
(2.1)在转子位置θ1位置，此时B相电感变化率及相电流已达到一定水平，当励磁状态SB＝1，励磁状态SA＝-1时，B相转矩上升速率不再小于A相转矩下降速率，总转矩变化趋势由B相决定，总转矩增大；
(2.2)当总转矩上升至转矩值Te+th1up，满足B相状态转移条件，励磁状态SB由1转为-1，B相转矩下降；励磁状态SA保持-1状态，总转矩下降；
(2.3)当总转矩首先下降到转矩值Te+th2up，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续下降；
(2.4)总转矩下降到转矩值Te+th1low，满足B相状态转移条件，励磁状态SB由-1转为1，B相转矩增加；励磁状态SA保持-1状态，总转矩随B相转矩而增加；
(2.5)当总转矩增加到转矩值Te+th2up，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态SA和SB保持原有状态，总转矩继续增加；
(2.6)当总转矩增加到转矩值Te+th1up，重复步骤(2.2)～(2.5)，励磁状态SA保持-1状态，励磁状态SB在-1和1之间切换，将总转矩被控制在[Te+th1low，Te+th1up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[θ1，θr/3]的脉动。
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