CN111669082B - 一种开关磁阻电机的快速启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机的快速启动方法，包括以下步骤：S1、以设定好的θon、θoff、占空比初始值启动电机运行，同时使能PWM中断；S2、获得θon、θoffmax；S3、在50uS PWM中断中，汇总θon、θoffmax、占空比并换相，在不产生负转矩情况下，使(θoff‑θon)取值最大，全程采用CVC、CCC控制方式，使得开关磁阻电机快速响应。本发明根据不同转速阈值确定导通角度θon，并根据实时采集的电流值确定最大关断角度θoffmax，加快了开关磁阻电机的提速过程，对于一些特殊场合如高速电子涡轮增压器、高速氢燃料压缩机等要求电机快速启动响应的场合有重要意义。

Description

一种开关磁阻电机的快速启动方法
技术领域
本发明属于开关磁阻电机的控制方法，具体涉及一种开关磁阻电机的快速启动方法。
背景技术
开关磁阻电机因具有结构简单坚固、良好的调速性能、启动扭矩大、转子无永磁材料耐高温等优点，被广泛应用在工程机械、油田、工业缝纫机、白色家电和电动汽车等领域。开关磁阻电机驱动，采用有感方式较多，无感控制占用大量微处理器(MCU)资源，算法不成熟，启动响应慢，多用于理论研究和中低速轻负载领域。
传统开关磁阻启动控制，因电机本身复杂的非线性磁场，采用斩波控制方法，即固定导通角和关断角，根据电流反馈和速度要求调整驱动占空比，占空比加到100％后，再通过调整导通角和关断角来改变转速。该控制方法可以使开关磁阻电机启动响应时间和加速性能达到永磁同步电机水准，但面对高速开关磁阻电机和超快响应时间需求时，上述方法不能满足要求。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明针对一款6/4型单霍尔(HALL)传感器高速开关磁阻电机，动态调整APC(角度调节)模式、CVC(电压斩波)和CCC(电流调节)相结合的模式，以期获得最快响应时间。与其它控制手法相比，本控制优化了动态转矩，实现了高速开关磁阻电机的快速响应。本发明可推广到其它参数和凸凹极不同配置开关磁阻电机应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种开关磁阻电机的快速启动方法，包括以下步骤：
S1、控制器上电后处于待命状态，接到启动命令并获得设定转速后，以设定好的导通角度θon、关断角度θoff、占空比初始值启动电机运行，同时使能PWM中断；
S2、在50uS PWM中断中，检测电机实际转速Nr，获得导通角度θon；然后检测绕组实时电流i、转子实时角度θ，获得最大关断角度θoffmax；
S3、在50uS PWM中断中，汇总导通角度θon、最大关断角度θoffmax、占空比并换相，在不产生负转矩情况下，使(θoff-θon)取值最大，全程采用CVC、CCC控制方式，使得开关磁阻电机快速响应。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S2中检测电机实际转速，获得导通角度θon，具体包括以下步骤：
S211、转速阈值包括N1和N2，N1选取为10％的最大转速，N1选择太大，不利于快速响应，N2选取60％的最大转速；
S212、测出开关磁阻电机的电流值与最大关断角度θoffmax对应关系，列出i-θoffmax表，并对应作出i-θoffmax曲线图；
S213、当Nr＜N1时，此时开关磁阻电机转速很低，绕组旋转电动势小，导通角度θon选择S1曲线，即θ1＜θon＜(θ1+(θ2-θ1)*0.2)；
当N1≤Nr＜N2，导通角度θon选择S2曲线，θ1*0.8＜θon≤θ1；此时电流在最小磁链时建立，电流上升快，保证绕组在电感上升期间有足够力矩，加快电机转速动态响应；
当Nr≥N2时，导通角度θon选择S3曲线，0＜θon≤θ1*0.8；
其中，θ1为定子极弧和转子极弧开始搭界，从θ1开始，定子极弧逐步覆盖转子极弧，气隙逐步减小，到达θ2位置时，定子极弧全部覆盖转子极弧。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S2中检测绕组实时电流i、转子实时角度θ，获得最大关断角度θoffmax，具体包括以下步骤：
S221、测出导通角度θon与电流上升关系曲线，列出i-θon表，并对应作出i-θon曲线图；
S222、由实时电流i，根据i-θoffmax表确定此时电流下的最大关断角θoffmax。
本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：
本发明根据不同转速阈值确定导通角度θon，并根据实时采集的电流值确定最大关断角度θoffmax，加快了开关磁阻电机的提速过程，在高速开关磁阻电机从0转速到80000RPM(转/min)，启动时间缩短至300mS左右，对于一些特殊场合如高速电子涡轮增压器、高速氢燃料压缩机等要求电机快速启动响应的场合有重要意义。
附图说明
图1是本发明一种开关磁阻电机的快速启动方法的工作流程图；
图2是本发明中i-θoffmax曲线图；
图3是本发明中i-θon曲线图；
图4是本发明中定义转子凸极中心对齐定子凹极中心为0°的示意图；
图5是本发明中转子15°位置的示意图；
图6是本发明中转子30°位置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
为了达到本发明的目的，如图1所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种开关磁阻电机的快速启动方法，包括以下步骤：
S1、控制器上电后处于待命状态，接到启动命令并获得设定转速后，以设定好的导通角度θon、关断角度θoff、占空比初始值启动电机运行，同时使能PWM中断；
S2、在50uS PWM中断中，检测电机实际转速Nr，获得导通角度θon；具体包括以下步骤：
S211、转速阈值包括N1和N2，N1选取为10％的最大转速，N1选择太大，不利于快速响应，N2选取60％的最大转速；
S212、测出开关磁阻电机的电流值与最大关断角度θoffmax对应关系，列出i-θoffmax表，并对应作出i-θoffmax曲线图(如图2所示)；
S213、当Nr＜N1时，此时开关磁阻电机转速很低，绕组旋转电动势小，导通角度θon选择S1曲线，即θ1＜θon＜(θ1+(θ2-θ1)*0.2)；
当N1≤Nr＜N2，导通角度θon选择S2曲线，θ1*0.8＜θon≤θ1；此时电流在最小磁链时建立，电流上升快，保证绕组在电感上升期间有足够力矩，加快电机转速动态响应；
当Nr≥N2时，导通角度θon选择S3曲线，0＜θon≤θ1*0.8；
其中，θ1为定子极弧和转子极弧开始搭界，从θ1开始，定子极弧逐步覆盖转子极弧，气隙逐步减小，到达θ2位置时，定子极弧全部覆盖转子极弧；
然后检测绕组实时电流i、转子实时角度θ，获得最大关断角度θoffmax；具体包括以下步骤：
S221、测出导通角度θon与电流上升关系曲线，列出i-θon表，并对应作出i-θon曲线图(如图3所示)；
S222、由实时电流i，根据i-θoffmax表确定此时电流下的最大关断角θoffmax；
S3、在50uS PWM中断中，汇总导通角度θon、最大关断角度θoffmax、占空比并换相，在不产生负转矩情况下，使(θoff-θon)取值最大，全程采用CVC、CCC控制方式，使得开关磁阻电机快速响应。
本发明根据不同转速阈值确定导通角度θon，并根据实时采集的电流值确定最大关断角度θoffmax，加快了开关磁阻电机的提速过程，在高速开关磁阻电机从0转速到80000RPM(转/min)，启动时间缩短至300mS左右，对于一些特殊场合如高速电子涡轮增压器、高速氢燃料压缩机等要求电机快速启动响应的场合有重要意义。
具体的，定义转子凸极中心对齐定子凹极中心为0°(如图4所示)，转子逆时针旋转。
转子0°位置，B相绕组导通。转子15°位置(如图5所示)，根据转速阈和实时电流采样值，查表，决定采用单相激励还是双相激励，即C相绕组导通，或BC相绕组同时导通。15-30°位置，B相绕组导通角度范围，应根据i-θoffmax表范围，尽可能延长B相绕组励磁时间，电机可以获得优异的加速性能和动态响应时间。转子30°位置(如图6所示)，C相绕组导通。45-60°根据转速阈和电流值，查表判断决定A相励磁或AC相励磁。如此往复循环，转子90°机械角实现所有相循环励磁。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种开关磁阻电机的快速启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、控制器上电后处于待命状态，接到启动命令并获得设定转速后，以设定好的导通角度θon、关断角度θoff、占空比初始值启动电机运行，同时使能PWM中断；
S2、在50uS PWM中断中，检测电机实际转速Nr，获得导通角度θon；具体包括以下步骤：
S211、转速阈值包括N1和N2，N1选取为10％的最大转速，N1选择太大，不利于快速响应，N2选取60％的最大转速；
S212、测出开关磁阻电机的电流值与最大关断角度θoffmax对应关系，列出i-θoffmax表，并对应作出i-θoffmax曲线图；
S213、当Nr＜N1时，此时开关磁阻电机转速很低，绕组旋转电动势小，导通角度θon选择S1曲线，即θ1＜θon＜(θ1+(θ2-θ1)*0.2)；
当N1≤Nr＜N2，导通角度θon选择S2曲线，θ1*0.8＜θon≤θ1；此时电流在最小磁链时建立，电流上升快，保证绕组在电感上升期间有足够力矩，加快电机转速动态响应；
当Nr≥N2时，导通角度θon选择S3曲线，0＜θon≤θ1*0.8；
其中，θ1为定子极弧和转子极弧开始搭界，从θ1开始，定子极弧逐步覆盖转子极弧，气隙逐步减小，到达θ2位置时，定子极弧全部覆盖转子极弧；
然后检测绕组实时电流i、转子实时角度θ，获得最大关断角度θoffmax；具体包括以下步骤：
S221、测出导通角度θon与电流上升关系曲线，列出i-θon表，并对应作出i-θon曲线图；
S222、由实时电流i，根据i-θoffmax表确定此时电流下的最大关断角θoffmax；
S3、在50uS PWM中断中，汇总导通角度θon、最大关断角度θoffmax、占空比并换相，在不产生负转矩情况下，使(θoff-θon)取值最大，全程采用CVC、CCC控制方式，使得开关磁阻电机快速响应。
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