CN110581626B - 一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统，包括：同步磁阻电机、定子永磁型旋转变压器和电机驱动控制器；其中：所述定子永磁型旋转变压器设置在同步磁阻电机尾端实时测量同步磁阻电机电机转子位置，所述电机驱动控制器根据定子永磁型旋转变压器实时测量的电机转子位置，对同步磁阻电机进行连续矢量控制。本发明中,当转子高速转动时，定子永磁式旋转变压器的反电势可以直接向电机驱动控制器提供精确的转子位置信号，以实现连续矢量控制。

Description

一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统
技术领域
本发明属于电机及其控制系统领域，具体为一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统。
背景技术
高速电机是提高电机系统功率密度的有效方式，也是电机技术的发展方向。
目前，适用于高速电机系统的电机方案包括永磁电机、感应电机和磁阻电机，永磁电机和感应电机的转子往往装有磁钢或者鼠笼等零件，高速运行时这些零件受到离心力，使转子结构不稳定。磁阻电机的转子结构简单，铁心不含有任何其它零件，适合高速电机系统。
磁阻电机分为开关磁阻电机和同步磁阻电机，开关磁阻电机的转矩控制精度差，同步磁阻电机可以实施连续矢量控制，转矩控制精度好。
然而，上述的高速电机系统在高速下的矢量控制技术受到电机转子位置测量的限制，例如，在10万转以上的应用中，尚无有效的转子位置高精度反馈方案。常用的替代方案是采用霍尔位置传感器，或者采用无位置传感器技术。前者只能反馈转子大致位置，无法支持连续精确的矢量控制；后者较大程度依赖准确的电机参数，因此算法可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统。
实现本发明的技术解决方案为：一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统，包括：同步磁阻电机、定子永磁型旋转变压器和电机驱动控制器；其中：
所述定子永磁型旋转变压器设置在同步磁阻电机尾端实时测量同步磁阻电机电机转子位置，所述电机驱动控制器根据定子永磁型旋转变压器实时测量的电机转子位置，对同步磁阻电机进行连续矢量控制。
优选地，所述同步磁阻电机包括第一定子铁心、第一绕组、第一转子铁心、转子磁阻极，所述第一转子铁心设置在第一定子铁心中心，所述第一定子铁心内侧沿圆周均匀设置定子齿，所述第一绕组嵌入定子齿间，所述转子磁阻极设置在第一转子铁心边缘。
优选地，所述定子永磁型旋转变压器包括第二定子铁心和第二转子铁心，所述第二转子铁心设置在第二定子铁心的中心位置，所述第二定子铁心的轭部沿圆周方向均匀设置有成对的永磁体，所述第二定子铁心内侧均匀布置有定子齿，每个定子齿上设置有第二绕组。
优选地，所述第二转子铁心边缘呈曲面。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明高速下直接利用的正交永磁反电势计算转子位置，无需调制解调等解码计算过程，因此减少了位置计算所需的运算时间，为高速电机控制软件中其它控制算法运行提供了运算时间；
本发明在电机高速运行时，同步磁阻电机转子铁心和定子永磁型旋转变压器转子铁心，不用装配过多零件，离心力对转子结构的破坏性较小，结构坚固可靠，特别适合高速运行。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明中的同步磁阻电机示意图。
图3为本发明中的定子永磁型旋转变压器示意图。
图4为转子低速运动时的高频正余弦信号波形图。
图5为转子高速运动时永磁体激发出的正交反电势波形图。
具体实施例
如图1所示，一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统，包括：同步磁阻电机1、定子永磁型旋转变压器2和电机驱动控制器3；其中：
所述定子永磁型旋转变压器2设置在同步磁阻电机1尾端实时测量同步磁阻电机1转子位置，电机驱动控制器3根据定子永磁型旋转变压器实时测量的电机转子位置，对同步磁阻电机进行连续矢量控制。
所述同步磁阻电机1包括第一定子铁心11、第一绕组12、第一转子铁心13、转子磁阻极14，所述第一转子铁心13设置在第一定子铁心11中心，所述第一定子铁心11内侧沿圆周均匀设置定子齿，所述第一绕组12嵌入定子齿间，所述转子磁阻极14设置在第一转子铁心13边缘，其中第一转子铁心13上有细槽14，第一转子铁心13呈镂空状；
所述定子永磁型旋转变压器2包括第二定子铁心21和第二转子铁心24，所述第二转子铁心24设置在第二定子铁心21的中心位置，所述第二定子铁心21的轭部沿圆周方向均匀设置有成对的永磁体22，所述第二定子铁心21内侧均匀布置有定子齿，每个定子齿上设置有第二绕组23。所述第二转子铁心24边缘呈曲面，构成变压器磁阻极。
所述第二转子铁心24与第一转子铁心13通过轴15固定连接，第一转子铁心13转动直接带动第二转子铁心24转动，由于曲面的存在，随着第二转子铁心24的旋转，位于第二转子铁心24外缘与第二定子铁心21内缘之间的气隙呈周期性变化，气隙大的位置，在定子第二绕组23中感应出的反电动势就小，气隙小的位置在第二绕组23中感应出的反电动势就大，因此，绕组中的反电动势也会随转子一起周期性变大变小，这一周期变化的电信号可以用于测量第二转子铁心24。
实施例
一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统，包括：同步磁阻电机1、定子永磁型旋转变压器2和电机驱动控制器3；其中：
所述定子永磁型旋转变压器2设置在同步磁阻电机1尾端实时测量同步磁阻电机1电机转子位置，所述电机驱动控制器3根据定子永磁型旋转变压器实时测量的电机转子位置，对同步磁阻电机进行连续矢量控制。
如图2所示，本实施例中的同步磁阻电机为48槽/8极的三相电机，同步磁阻电机的第一转子铁心边缘有镂空细槽。顺着细槽的方向构成导磁磁路，垂直细槽方向形成磁阻，如此交替在铁心圆周上形成8个磁阻极。电机运行中，由定子绕组激励出的同步磁场牵引第一转子铁心上的磁阻极运动，要实现高精度的电机转矩控制，重点就是有效的实施连续矢量控制。
如图3所示，本实施例中，定子永磁型旋转变压器配置为16槽/4极，所述第二转子铁心24与第一转子铁心13通过轴15固定连接，检测定子永磁型旋转变压器自身旋变转子贴心的位置，从而间接得出与之对应的同步磁阻电机的磁阻极位置。定子永磁型旋转变压器定子铁心上设置4个永磁体构成永磁磁极，交替排列。定子永磁型旋转变压器定子齿上设置有第二绕组23，所述第二绕组23包括激励绕组、正弦绕组和余弦绕组。
本实施例中，同步磁阻电机运行时，低速下，电机驱动控制器向激励绕组中注入高频激励信号，正余弦绕组从而能够反馈正余弦高频信号，如图4所示的两组信号波形，该反馈信号的幅值受到转子位置调制，调制后的高频信号包络线即包含转子位置信息；高速下，电机驱动控制器无需向绕组中注入高频激励信号，定子永磁体激发出的磁场受到气隙磁阻的调制，在绕组中感应出正交形式的永磁反电势，如图5所示的两组反电势波形，该反电势波形即包含转子位置信息。
本实施例中，电机运行时，低速下，电机驱动控制器需要对图4中的两组高频信号解调，以获得其包络线，这两组包络线相互正交，电机驱动控制器即可计算出转子位置；高速下，由于如图5中的永磁反电势波形天然正交，因此可以直接利用其计算转子位置信息。可见高速下的转子位置计算更为简单，因此运算量低，特别适合高速电机控制软件。
本发明的特点在于，同步磁阻电机和定子永磁式旋转变压器的旋转部件仅由铁心构成，即所有旋转部件不含有任何其它零件，以保证高速运行中的结构可靠性。
电机驱动控制器在低速下需要向定子永磁型旋转变压器中注入高频激励信号，对所述的高频反馈信号解调，从而计算转子位置；高速下直接利用上文所述的正交永磁反电势计算转子位置，无需调制解调等解码计算过程，因此减少了位置计算所需的运算时间，为高速电机控制软件中其它控制算法运行提供了运算时间。
本发明在电机高速运行时，同步磁阻电机转子铁心和定子永磁型旋转变压器转子铁心，都不装配任何其它零件，离心力对转子结构的破坏性较小，结构坚固可靠，特别适合高速运行。

Claims (1)

1.一种连续矢量控制的高速同步磁阻电机系统，其特征在于，包括：同步磁阻电机（1）、定子永磁型旋转变压器（2）和电机驱动控制器（3）；其中：
所述定子永磁型旋转变压器（2）设置在同步磁阻电机（1）尾端实时测量同步磁阻电机（1）电机转子位置，所述电机驱动控制器（3）根据定子永磁型旋转变压器实时测量的电机转子位置，对同步磁阻电机进行连续矢量控制，电机转速为10万转以上；所述同步磁阻电机（1）包括第一定子铁心（11）、第一绕组（12）、第一转子铁心（13）、转子磁阻极（14），所述第一转子铁心（13）设置在第一定子铁心（11）中心，所述第一定子铁心（11）内侧沿圆周均匀设置定子齿，所述第一绕组（12）嵌入定子齿间，所述转子磁阻极（14）设置在第一转子铁心（13）边缘；所述定子永磁型旋转变压器（2）包括第二定子铁心（21）和第二转子铁心（24），所述第二转子铁心（24）设置在第二定子铁心（21）的中心位置，所述第二定子铁心（21）的轭部沿圆周方向均匀设置有成对的永磁体（22），所述第二定子铁心（21）内侧均匀布置有定子齿，每个定子齿上设置有第二绕组（23；所述第二转子铁心（24）边缘呈曲面。
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