CN104617832B - 一种电励磁双凸极电机无反转启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电励磁双凸极电机无反转启动方法，在电机静止时给励磁绕组通电，通过比较励磁电流上升过程中三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小判断转子所在扇区，并根据双凸极电机“电感矩形”中的几何相似关系精确计算得到转子初始位置，再由得到的转子位置注入加速脉冲，确保电机无反转起动。与传统初始位置判断方法相比，本方法无需向电枢绕组中注入检测脉冲，避免了初始位置检测过程电机出现抖动和反转，同时减少了位置判断所需时间，无需增加额外硬件电路，不受电机参数影响，易于实现。

Description

一种电励磁双凸极电机无反转启动方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电励磁双凸极电机无反转启动方法。

背景技术

电励磁双凸极电机是由开关磁阻电机发展而来，在保留开关磁阻电机结构简单、容错性能好等优点的基础上，同时增大了电机出力、能够实现故障灭磁，在航空航天、新能源发电等场合具有广阔的应用前景。双凸极电机的稳定运行离不开准确的位置信息，传统系统中位置传感器的安装一方面增加了体积、成本，另一方面大大限制了其应用场合。因此，双凸极电机的无位置控制技术具有重要的研究意义。

低速阶段的无位置控制是电机无位置运行的难点，其中初始位置判断是双凸极电机实现无反转起动的关键。

赵耀等公开的“一种基于电感法的三相电励磁双凸极电机启动升速无位置技术”(中国，公开日：2013年5月1日，公开号：103078586A)专利中提出了一种双凸极电机低速无位置控制方法，该方法在静止时不加励磁电流，给电枢绕组注入固定周期的电压脉冲信号判断转子所在扇区。采用这种方法进行初始位置检测时需要注入多个检测脉冲，额外增加了初始位置判断时间，且检测脉冲的注入易导致电机的抖动甚至反转。

张海波等公开的“基于三相六状态起动的电励磁双凸极电机转子位置辨识法”(中国，公开日：2013年8月7日，公开号：103236807A)专利提出了一种电励磁双凸极电机转子位置辨识方法，通过多次注入脉冲来检测非注入相端电压判断转子所在位置。该方法所能够判断转子位置精度为60°，但是需要精确的电压检测、易受电机参数影响、较长的检测时间等因素的影响限制了其应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统初始位置检测方法需要额外注入检测脉冲、检测时间较长、易导致电机抖动的问题，提出了一种电励磁双凸极电机无反转启动方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种电励磁双凸极电机无反转启动方法，包含以下步骤：

步骤1)，电机静止时，给励磁绕组通电，在励磁电流上升过程中通过比较三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小判断转子所处扇区；

步骤2)，通过双凸极电机三相电枢绕组与励磁绕组的互感Laf、Lbf、Lcf所构成的“电感矩形”中的几何相似关系精确计算转子初始位置；

步骤3)，根据电机转子所在初始位置，通过逆变器向电机电枢绕组注入加速脉冲实现电机的无反转起动。

作为本发明一种电励磁双凸极电机无反转启动方法进一步的优化方案，所述步骤1)中通过比较三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小判断转子所处扇区的详细步骤如下：

若三相感应电压中Ub最小，则转子位于扇区1；

若三相感应电压中Uc最小，则转子位于扇区2；

若三相感应电压中Ua最小，则转子位于扇区3；

所述扇区1为0°-120°扇区、扇区2为120°-240°扇区、扇区3为240°-360°扇区。

作为本发明一种电励磁双凸极电机无反转启动方法进一步的优化方案，所述步骤1)中通过比较三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小将转子位置精确到60°：

若Uc>Ua>Ub，则转子位于0-60°区间；

若Ua>Uc>Ub，转子位于60°-120°区间；

若Ua>Ub>Uc，转子位于120°-180°区间；

若Ub>Ua>Uc，转子位于180°-240°区间；

若Ub>Uc>Ua，转子位于240°-300°区间；

若Uc>Ub>Ua，转子位于300°-360°区间。

作为本发明一种电励磁双凸极电机无反转启动方法进一步的优化方案，所述步骤2)中通过双凸极电机“电感矩形”中的几何相似关系精确计算转子初始位置的详细步骤为：

若转子位于扇区1，则转子精确位置

若转子位于扇区2，则

若转子位于扇区3，则

作为本发明一种电励磁双凸极电机无反转启动方法进一步的优化方案，所述步骤3)中向电机电枢绕组注入加速脉冲的详细步骤为：

若转子位于扇区1，注入加速脉冲A+C-；

若转子位于扇区2，注入加速脉冲B+A-；

若转子位于扇区3，注入加速脉冲C+B-。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.在励磁建压过程中直接进行初始位置检测，无需增加额外检测时间；

2.检测过程中不产生电磁转矩，电机不会发生抖动甚至反转，实现电机的无反转起动；

3.该检测方法能够精确检测转子所在位置；

4.该检测方法无需增加额外硬件电路、不受电机参数影响、易于实现。

附图说明

图1是双凸极电机及其控制拓扑结构图；

图2是双凸极电机电感曲线；

图3是双凸极电机“电感矩形”。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明采用如图1所示的系统来实现，该系统主要包括：电励磁双凸极电机、三相全桥逆变器、控制电路和采样调理电路。在励磁建压过程中通过检测三相感应电压判断转子所在扇区，再根据双凸极电机“电感矩形”中的几何相似关系计算得到较为准确的转子位置,由得到的转子初始位置注入加速脉冲实现电机无反转启动。

具体实施步骤如下：

步骤1)，电机静止时，给励磁绕组通电，在励磁电流上升过程中同时检测三相感应电压Ua、Ub、Uc。

步骤2)，比较三相感应电压大小关系判断转子所在扇区。

根据电励磁双凸极电机中基本关系，在励磁电流上升过程中三相感应电压的表达式为所以，三相感应电压的大小反应出三相绕组与励磁绕组互感的大小关系，再结合图2中三相互感大小与转子所在扇区的对应关系，得到三相感应电压与转子所在扇区关系如表1所示。

表1转子所在位置与三相感应电压关系表

步骤3)，根据感应电压的大小精确计算转子位置。

以转子位于扇区1为例，三相电枢绕组与励磁绕组的互感Laf、Lbf、Lcf构成的“电感矩形”如图3所示，根据几何中的三角形CEG与三角形CAB相似，有

再结合三相感应电压表达式，得到转子位于扇区1时的精确位置表达式为：

类似地，转子位于扇区2和3时的精确转子位置表达式分别为：

步骤4)，根据双凸极电机“电感上升区通正电、下降区通负电”的通电规律给电机通入加速脉冲起动电机，其导通相与电机所在初始扇区关系如表2所示。

表2转子所在初始扇区与导通相关系表

转子所在初始扇区	导通相
		1	A+C-
2	B+A-
		3	C+B-

以上只是对本发明的优选实施方式进行了描述。对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上实施方式可以很容易地联想到其它的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述实施方式，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员在本发明技术的方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电励磁双凸极电机无反转启动方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，电机静止时，给励磁绕组通电，在励磁电流上升过程中通过比较三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小判断转子所处扇区；

步骤2)，通过双凸极电机三相电枢绕组与励磁绕组的互感Laf、Lbf、Lcf所构成的“电感矩形”中的几何相似关系精确计算转子初始位置；

步骤3)，根据电机转子所在初始位置，通过逆变器向电机电枢绕组注入加速脉冲实现电机的无反转起动。

2.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机无反转启动方法，其特征在于，所述步骤1)中通过比较三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小判断转子所处扇区的详细步骤如下：

若三相感应电压中Ub最小，则转子位于扇区1；

若三相感应电压中Uc最小，则转子位于扇区2；

若三相感应电压中Ua最小，则转子位于扇区3；

所述扇区1为0°-120°扇区、扇区2为120°-240°扇区、扇区3为240°-360°扇区。

3.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机无反转启动方法，其特征在于，所述步骤1)中通过比较三相感应电压Ua、Ub、Uc的大小将转子位置精确到60°：

若Uc>Ua>Ub，则转子位于0-60°区间；

若Ua>Uc>Ub，转子位于60°-120°区间；

若Ua>Ub>Uc，转子位于120°-180°区间；

若Ub>Ua>Uc，转子位于180°-240°区间；

若Ub>Uc>Ua，转子位于240°-300°区间；

若Uc>Ub>Ua，转子位于300°-360°区间。

4.根据权利要求2所述的电励磁双凸极电机无反转启动方法，其特征在于，所述步骤2)中通过双凸极电机“电感矩形”中的几何相似关系精确计算转子初始位置的详细步骤为：

若转子位于扇区1，则转子精确位置

若转子位于扇区2，则

若转子位于扇区3，则

5.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机无反转启动方法，其特征在于，所述步骤3)中向电机电枢绕组注入加速脉冲的详细步骤为：

若转子位于扇区1，注入加速脉冲A+C-；

若转子位于扇区2，注入加速脉冲B+A-；

若转子位于扇区3，注入加速脉冲C+B-。