CN108400741A - 一种高效率开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效率开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法。将开关磁阻电机的换相区等分为退磁相主导区、过渡区和励磁相主导区，在过渡区定义两个可变转子位置角，分别将励磁相和退磁相划分为高转矩电流比区和低转矩电流比区，在换相时，依据励磁相及退磁相转矩电流比高低以及电流过渡需求确定励磁模式，优先对转矩电流比高的相励磁。该方法可在降低开关磁阻电机转矩脉动的同时，有效提高其运行效率。

Description

一种高效率开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法
技术领域
本发明涉及一种高效率开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法，属于电机控制领域。
背景技术
开关磁阻电机结构简单，转子无永磁体及绕组，转矩由定、转子间气隙磁阻变化产生。调速范围宽、可靠性高，适用于恶劣环境等优点，使其在航空工业、电动汽车、风力发电等领域具有良好的应用前景。然而，双凸极结构及磁路饱和，使得开关磁阻电机转矩脉动大，振动及噪声明显，限制了其进一步的推广应用。
目前解决开关磁阻电机转矩脉动的方法主要分为设计和控制两个方面，传统的直接瞬时转矩控制方法将瞬时转矩作为反馈变量，在转矩滞环内跟踪参考转矩，进而有效减小转矩脉动。根据该方法的控制原理，在换相期间，控制励磁相使总转矩尽可能处于内环，仅当总转矩超出外环时改变退磁相状态。在整个过程中，励磁相和退磁相的状态完全取决于总转矩和滞环宽度的关系，而未考虑其他因素。以效率为例，当总转矩低于内环时，励磁相和退磁相均可用于增加转矩，在产生相同转矩的情况下，如果退磁相需要的电流更小，则使用退磁相会获得更高效率，但依据传统直接瞬时转矩控制原理，只能使用励磁相，这表明该传统控制方法的效率可进一步提高。
发明内容
为了提高开关磁阻电机的控制效率，本发明通过引入转矩电流比特性，提出了一种新型开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法，在换相时，依据励磁相及退磁相转矩电流比高低以及电流过渡需求确定励磁模式，优选转矩电流比高的相进行励磁。
将换相区[θc1,θc2]等分为三个区域，为退磁相主导区， 为过渡区，为励磁相主导区，θc1为励磁相对齐位置，θc2为退磁相对齐位置；
在过渡区定义两个可变转子位置角θh1和θh2，θh1将励磁相分为两部分：当转子位置在[θc1,θh1]时，定义励磁相的转矩电流比为低；当转子位置在(θh1,θc2]时，定义励磁相的转矩电流比为高；θh2将退磁相分为两部分：当转子位置在[θc1,θh2]时，定义退磁相的转矩电流比为高；当转子位置在(θh2,θc2]时，定义退磁相的转矩电流比为低；
当某相转矩电流比为高时，优先对其励磁；当总转矩下降到低于转矩滞环的内环时，该相励磁；当总转矩上升到高于转矩滞环的外环时，该相退磁；
当某相转矩电流比为低时，为避免效率下降，不应对其频繁励磁，此时分为两种情况：若该相为励磁相，仅当总转矩下降到低于转矩滞环的外环时，该相励磁；当总转矩上升到高于转矩滞环的内环时，该相零压续流，为了建立电流，不采用退磁状态；若该相为退磁相，其电流应快速减小，以避免产生负转矩，当总转矩上升到高于转矩滞环的内环时，该相退磁；当总转矩下降到低于转矩滞环的外环时，该相零压续流；
在单相导通阶段，只需控制一相，当总转矩下降到低于转矩滞环的内环时，该相励磁；当总转矩上升到高于转矩滞环的内环时，该相零压续流。
本发明的有益效果：提高了开关磁阻电机传统直接瞬时转矩控制方法的效率。
附图说明
图1为开关磁阻电机转矩电流比特性。
图2为高转矩电流比相转矩滞环控制。
图3为转矩电流比低时励磁相转矩滞环控制。
图4为转矩电流比低时退磁相转矩滞环控制。
图5为单相导通阶段转矩滞环控制。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例，对本发明的技术方案进行详细说明。实例所用电机为一个1kW三相12/8极开关磁阻电机。
将换相区[0°,7.5°]等分为三个区域，[0°,2.5°]为退磁相主导区，[2.5°,5°]为过渡区，[5°,7.5°]为励磁相主导区，如图1所示。
在过渡区定义两个可变转子位置角θh1和θh2，θh1将励磁相分为两部分：当转子位置在[0°,θh1]时，定义励磁相的转矩电流比为低；当转子位置在(θh1,7.5°]时，定义励磁相的转矩电流比为高；θh2将退磁相分为两部分：当转子位置在[0°,θh2]时，定义退磁相的转矩电流比为高；当转子位置在(θh2,7.5°]时，定义退磁相的转矩电流比为低。
定义转矩误差ΔT＝Tref-Ttotal，Tref与Ttotal分别为参考总转矩与实际总转矩，定义两个阈值ΔT1和ΔT2，分别表示转矩滞环控制的内环及外环单向宽度，而各相励磁、零压续流及去磁状态分别由1、0、-1表示，方法实现过程如下：
当某相转矩电流比为高时，优先对其励磁，当总转矩下降到低于内环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal大于ΔT1时，该相励磁，此时状态为1，当总转矩上升到高于外环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal小于-ΔT2时，该相去磁，此时状态为-1，如图2所示。
当某相转矩电流比为低时，为避免效率下降，不应对其频繁励磁，此时分为两种情况：若该相为励磁相，仅当总转矩下降到低于外环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal大于ΔT2时，该相励磁，此时状态为1，当总转矩上升到高于内环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal小于-ΔT1时，该相零压续流，此时状态为0，为了建立电流，不采用去磁状态，如图3所示；若该相为退磁相，其电流应快速减小，以避免产生负转矩，当总转矩上升到高于内环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal小于-ΔT1时，该相去磁，此时状态为-1，当总转矩下降到低于外环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal大于ΔT2时，该相零压续流，此时状态为0，如图4所示。
在单相导通阶段，只需控制一相，当总转矩下降到低于内环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal大于ΔT1时，该相励磁，此时状态为1，当总转矩上升到高于内环宽度，即ΔT＝Tref-Ttotal小于-ΔT1时，该相零压续流，此时状态为0，如图5所示。

Claims (1)

1.一种高效率开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法，其特征在于：定义开关磁阻电机的转矩电流比，在换相时，依据励磁相及退磁相转矩电流比高低以及电流过渡需求确定励磁模式，优先对转矩电流比高的相励磁；
将换相区[θc1,θc2]等分为三个区域，为退磁相主导区， 为过渡区，为励磁相主导区，θc1为励磁相对齐位置，θc2为退磁相对齐位置；
在过渡区定义两个可变转子位置角θh1和θh2，θh1将励磁相分为两部分：当转子位置在[θc1,θh1]时，定义励磁相的转矩电流比为低；当转子位置在(θh1,θc2]时，定义励磁相的转矩电流比为高；θh2将退磁相分为两部分：当转子位置在[θc1,θh2]时，定义退磁相的转矩电流比为高；当转子位置在(θh2,θc2]时，定义退磁相的转矩电流比为低；
当某相转矩电流比为高时，优先对其励磁；当总转矩下降到低于转矩滞环的内环时，该相励磁；当总转矩上升到高于转矩滞环的外环时，该相退磁；
当某相转矩电流比为低时，为避免效率下降，不应对其频繁励磁，此时分为两种情况：若该相为励磁相，仅当总转矩下降到低于转矩滞环的外环时，该相励磁；当总转矩上升到高于转矩滞环的内环时，该相零压续流，为了建立电流，不采用退磁状态；若该相为退磁相，其电流应快速减小，以避免产生负转矩，当总转矩上升到高于转矩滞环的内环时，该相退磁；当总转矩下降到低于转矩滞环的外环时，该相零压续流；
在单相导通阶段，只需控制一相，当总转矩下降到低于转矩滞环的内环时，该相励磁；当总转矩上升到高于转矩滞环的内环时，该相零压续流。
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