CN106053952A - 开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，包括电机本体、整流器、电源、控制器、上位机、IGBT开关、电流传感器、电压传感器、编码器、计数器、示波器以及堵转盘；所述电源用于提供交流电；所述整流器将所述交流电整流为直流电；所述控制器，用于控制电机本体的运转。本发明中的测量方案简单易操作，不需要外加直流电压源；本发明将采集到的数据离线分析，测量精度高，可以获得电感曲线的精确模型。

Description

开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统及方法
技术领域
本发明涉及电机测试，具体地，涉及一种开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统及方法。
背景技术
由于其简单的结构，低廉的成本，高鲁棒性，开关磁阻电机在各行各业都引起了很高的重视。然而由于它的双凸极结构和电磁饱和特性，开关磁阻电机是一种非线性电机。而开关磁阻电机电感模型的精确与否，对于电机的控制性能有很大的影响。现有的基于有限元分析(FEM)的电感曲线计算方法，需要知道电机的准确的尺寸信息，而这些尺寸信息不公开，需要手工测量，测量出的尺寸往往与实际尺寸存在一定的偏差，从而导致建模结果不准确，进一步影响电机的运行性能。为此，一种简单有效的电感曲线建模方法，对于开关磁阻电机调速系统可靠性能的获取以及电机本体的设计和优化至关重要。本发明正是为了解决这一难题而提出的，通过一种开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法实现对开关磁阻电机的电感曲线实现精确建模。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统。
根据本发明提供的开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，包括电机本体、整流器、电源、控制器、上位机、IGBT开关、电流传感器、电压传感器、编码器、计数器、示波器以及堵转盘；
所述电源用于提供交流电；所述整流器将所述交流电整流为直流电；
所述控制器，用于控制电机本体的运转；
所述IGBT开关，用于控制电机本体相电压供电的通断；
所述电流传感器，用于测量电机本体相电流；
所述电压传感器，用于测量电机本体相电压；
所述编码器，用于输出电机本体中转子位置信息；
所述计数器，用于控制控制电机本体中转子的旋转角；
所述示波器，用于记录和存储电流传感器输出的相电流和电压传感器输出的相电压；
所述堵转盘，用于堵转电机本体的转子轴。
本发明提供的开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，采用所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，包括如下步骤：
步骤1：设定转子的初始位置θ0，设置初始变量n＝0；
步骤2：旋转电机转子轴，根据计数器的输出，旋转步进角度θa，由堵转盘来固定电机转子；
步骤3：打开IGBT开关，供电电源给开关磁阻电机的相绕组两端施加设定时间长度的脉冲电压U；
步骤4：由示波器捕捉电流传感器和电压传感器采集到的电流值和电压值，判断电流值是否到达饱和状态，如果到达饱和状态，存储采集到的电流值和电压值，如果没有到达饱和状态，增加通电时间，再次进行采集存储；
步骤5：判断是否满足n*θa<＝60；如果满足，变量n加1，并且重复执行步骤2、3、4，如果不满足，则完成获取开关磁阻电机电感曲线的测量实验；
步骤6：在上位机对采集到的电流值和电压值进行处理，计算出电感曲线。
优选地，步骤6具体为，在上位机对采集到的电流值和电压值，由公式
&psi; = &Integral; 0 t ( U - R i ) d t
L＝ψ/i
计算出电感曲线；其中，ψ为磁链，U为相电压，R相绕组电阻，I为相电流，t为通电时间，L为相电感。
优选地，所述控制器用于控制开关磁阻电机的运转，具体为，选择开关磁阻电机的开通关断相，改变相绕组通电时间的长短。
优选地，在步骤1中，所述初始位置为电机的极对位处。
优选地，内阻R采用测量电路提前测量获得。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中的测量方案简单易操作，不需要外加直流电压源；
2、本发明将采集到的数据离线分析，测量精度高，可以获得电感曲线的精确模型。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统的结构示意图；
图2为本发明中测试电路的示意图；
图3为本发明中电感模型的示意图。
图中：
1为堵转盘；
2为电机；
3为编码器；
4为计数器；
5为USB存储器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，包括电机本体、整流器、电源、控制器、上位机、IGBT开关、电流传感器、电压传感器、编码器、计数器、示波器以及堵转盘；
所述电源用于提供交流电；所述整流器将所述交流电整流为直流电；
所述控制器，用于控制电机本体的运转；
所述IGBT开关，用于控制电机本体相电压供电的通断；
所述电流传感器，用于测量电机本体相电流；
所述电压传感器，用于测量电机本体相电压；
所述编码器，用于输出电机本体中转子位置信息；
所述计数器，用于控制控制电机本体中转子的旋转角；
所述示波器，用于记录和存储电流传感器输出的相电流和电压传感器输出的相电压；
所述堵转盘，用于堵转电机本体的转子轴。
交流电源经过整流之后给整个测试系统提供电源输入，开关磁阻电机的相绕组由两个IGBT开关独立控制，电流传感器和电压传感器采集到的电流电压信号先经由示波器存储到USB存储器，再传输到上位机用于电感计算。堵转盘与开关磁阻电机，开关磁阻电机与编码器之间由弹性联轴器固定。
本发明提供的开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，采用所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，包括如下步骤：
步骤1：设定转子的初始位置θ0，设置初始变量n＝0；
步骤2：旋转电机转子轴，根据计数器的输出，旋转步进角度θa，由堵转盘来固定电机转子；
步骤3：打开IGBT开关，供电电源给开关磁阻电机的相绕组两端施加设定时间长度的脉冲电压U；
步骤4：由示波器捕捉电流传感器和电压传感器采集到的电流值和电压值，判断电流值是否到达饱和状态，如果到达饱和状态，存储采集到的电流值和电压值，如果没有到达饱和状态，增加通电时间，再次进行采集存储；
步骤5：判断是否满足n*θa<＝60；如果满足，变量n加1，并且重复执行步骤2、3、4，如果不满足，则完成获取开关磁阻电机电感曲线的测量实验；
步骤6：在上位机对采集到的电流值和电压值进行处理，计算出电感曲线。
步骤6具体为，在上位机对采集到的电流值和电压值，由公式
&psi; = &Integral; 0 t ( U - R i ) d t
L＝ψ/i
来计算出电感曲线；其中，ψ为磁链，U为相电压，R相绕组电阻，I为相电流，t为通电时间，L为相电感。
所述控制器用于控制开关磁阻电机的运转，具体为，选择开关磁阻电机的开通关断相，改变相绕组通电时间的长短。
在步骤1中，所述初始位置为电机的极对位处。即电感最大的位置处。
内阻R采用测量电路提前测量获得。
开关磁阻电机的电感是非线性的，转子位置不同，电感不同，流经绕组的电流不同时，电感也不相同。精确测量开关磁阻电机中的非线性电感的难度较大。
本实施方式中采用220V交流电整流之后的直流恒定电压给给定电机绕组通电，不需要外加直流电压源，并用IGBT开关来控制电源是否加载。本实施方式中使用相对式编码器和计数器来控制电机旋转的角度，编码器的精度为1024PPR，可以保证开关磁阻电机以固定的小角度转动。堵转盘可以使开关磁阻电机转子固定在连续的不同的角度。首先设定转子的初始位置，此位置为θ0，用计数器的示数变化来控制固定的旋转角度θa,转过θa时，n＝2,开关磁阻电机转子的位置为θ0+θa,依此类推。本实施方式中通过电压传感器和电流传感器采集绕组两端的电压和流经绕组的电流。将采集到的电流信号和电压信号传输到计算机用于电感曲线的计算，通过计算机绘制电感与电机转子位置以及绕组电流的曲线簇，如图3所示。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，其特征在于，包括电机本体、整流器、电源、控制器、上位机、IGBT开关、电流传感器、电压传感器、编码器、计数器、示波器以及堵转盘；
所述电源用于提供交流电；所述整流器将所述交流电整流为直流电；
所述控制器，用于控制电机本体的运转；
所述IGBT开关，用于控制电机本体相电压供电的通断；
所述电流传感器，用于测量电机本体相电流；
所述电压传感器，用于测量电机本体相电压；
所述编码器，用于输出电机本体中转子位置信息；
所述计数器，用于控制控制电机本体中转子的旋转角；
所述示波器，用于记录和存储电流传感器输出的相电流和电压传感器输出的相电压；
所述堵转盘，用于堵转电机本体的转子轴。
2.一种开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，其特征在于，采用权利要求1所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量系统，包括如下步骤：
步骤1：设定转子的初始位置θ0，设置初始变量n＝0；
步骤2：旋转电机转子轴，根据计数器的输出，旋转步进角度θa，由堵转盘来固定电机转子；
步骤3：打开IGBT开关，供电电源给开关磁阻电机的相绕组两端施加设定时间长度的脉冲电压U；
步骤4：由示波器捕捉电流传感器和电压传感器采集到的电流值和电压值，判断电流值是否到达饱和状态，如果到达饱和状态，存储采集到的电流值和电压值，如果没有到达饱和状态，增加通电时间，再次进行采集存储；
步骤5：判断是否满足n*θa<＝60；如果满足，变量n加1，并且重复执行步骤2、3、4，如果不满足，则完成获取开关磁阻电机电感曲线的测量实验；
步骤6：在上位机对采集到的电流值和电压值进行处理，计算出电感曲线。
3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，其特征在于，步骤6具体为，在上位机对采集到的电流值和电压值，由公式
&psi; = &Integral; 0 t ( U - R i ) d t
L＝ψ/i
计算出电感曲线；其中，ψ为磁链，U为相电压，R相绕组电阻，I为相电流，t为通电时间，L为相电感。
4.根据权利要求2所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，其特征在于，所述控制器用于控制开关磁阻电机的运转，具体为，选择开关磁阻电机的开通关断相，改变相绕组通电时间的长短。
5.根据权利要求2所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，其特征在于，在步骤1中，所述初始位置为电机的极对位处。
6.根据权利要求3所述的开关磁阻电机电感曲线的精确测量方法，其特征在于，内阻R采用测量电路提前测量获得。
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