CN113972880B - 一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下六个步骤：S1开启起动程序；S2观测SRM的转子位置；S3进行AND逻辑运算；S4测量SRM的相电流；S5生成开关信号；S6进行AND逻辑运算。本发明采用单台逆变器驱动多台SRM，能够有效地减少传统电路中的重复组件，使驱动系统的成本得以大幅度地降低，同时也降低了驱动系统的尺寸，保证了空间的利用率。

Description

一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法

技术领域

本发明属于电机控制的技术领域，具体涉及一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法。

背景技术

多台电机控制驱动技术现已广泛应用于如铁路推进、纺织工业、水泥工业、电力船舶推进和电动汽车等安全性能要求较高的工业应用。

由于感应电机具有固有的滑差优势，故目前双并联电机系统的研究方向主要集中于感应电机，而双电机控制方案大多依赖电机的参数，应用场景较有限，又由于开关磁阻电机缺乏固有滑差属性和非线性的特性，故对于单台逆变器的多SRM并联系统的控制就较为复杂。此外，现阶段研究的主要是单台逆变器驱动两台感应电机或永磁同步电机，并不适用于单逆变器驱动多SRM并联系统，且驱动系统成本较高，尺寸较大，且维护较为繁杂，现阶段也没有针对单逆变器驱动多SRM的控制方案。如中国专利授权公告号CN111654199A，公告日2020年09月11日，公开了一种开关磁阻电机不对称半桥功率变换器及其控制方法，文中提出“包括经LC滤波器连接在电源上的第一主电路和第二主电路，第一主电路和第二主电路并联，第一主电路包括第四功率二极管D4、第一电解电容C1以及A相电机、C相电机，A相电机和C相电机均包括两组开关管、两组二极管以及一组绕组，其中A相电机、C相电机共用一组开关管和一组二极管；第二主电路包括第八功率二极管D8、第二电解电容C2以及B相电机、D相电机，B相电机和D相电机均包括两组开关管、两组二极管以及一组绕组，其中B相电机、D相电机共用一组开关管和一组二极管”，此现有技术是通过在两相之间共用开关管来减少开关管的数量，但此现有技术仅适用于偶数相，不能扩展到奇数相SRM。

又如中国专利授权公告号CN111082735A，公告日2020年04月28日，公开了一种开关磁阻电机绕组串并联转换控制系统及控制方法，文中提出“电机低速转动时，开通不对称半桥间的开关，合理选择不对称半桥中开关管的工作状态，使所有通道处于串联工作模式；电机高速转动时，关断不对称半桥间的开关，根据电机转子位置选择不对称半桥中的开关管的工作状态，使通道工作于并联模式。开关磁阻电机绕组串并联转换控制系统设置有多个相，每相包括多个通道，每个通道设置有一个不对称半桥驱动电路，不对称半桥驱动电路间通过开关连接”，此现有技术是通过将相绕组分成串并联连接，为低速和高速运行采用不同的控制方案，但此现有技术为实现各相绕组串并联，增加了开关管的数量，从而增加了驱动系统的成本。

再如中国专利授权公告号CN111146998A，公告日2020年05月12日，公开了一种单相交流供电的开关磁阻电机控制系统，文中提出“包括m相开关磁阻电机、功率变换器、单相交流电源、逻辑门电路、霍尔位置传感器和电压传感器。所述功率变换器中，每相绕组与一个功率开关串联形成一个分支，所有分支均与单相交流电源并联；霍尔位置传感器输出m路位置信号，每路位置信号对应一相，一相绕组电感斜率为正时，对应位置信号为高电平，反之为低电平；电压传感器检测单相交流电源电压，当交流电压由负变正时，电压传感器输出一个脉冲；逻辑门电路接收来自电压传感器和霍尔位置传感器的信号，输出各相功率开关的控制信号，从而控制开关磁阻电机”，此现有技术虽降低了驱动系统的成本，但此现有技术无法适用于非对称半桥变换器，也无法应用于SRM的多机并联。

综上所述，现阶段主要是单台逆变器驱动两台感应电机或永磁同步电机，驱动系统成本较高，尺寸较大，且维护较为繁杂，并不适用于单逆变器驱动多SRM并联系统。为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，以解决上述背景技术中提出的现阶段单台逆变器驱动系统成本高，尺寸大，维护繁琐，不适用于单逆变器驱动多SRM并联系统的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括具体步骤如下：

S1起初每台SRM 的转子位于不同的位置，开启起动程序，以对齐转子位置为目的，为所有SRM的各相绕组进行供电，并打开逆变器A相，等待500-600ms；

S2采用霍尔位置传感器观测每台SRM的转子位置，使霍尔位置传感器输出具有不同相移的方波信号，并输入数字信号处理器进行估算转子位置；

S3对霍尔位置传感器的输出进行AND逻辑运算，且应用至逆变器的下桥臂开关；

S4采用霍尔电流传感器测量所有SRM的相电流，相电流是通过公共霍尔电流传感器进行测量电流的平均值；

S5多台SRM是由单台逆变器供电，每台SRM都有各自独立的闭环控制程序，采用各自独立的闭环控制对相同参考速度的每台SRM进行控制生成开关信号；

S6对各个闭环程序产生的开关信号进行AND逻辑运算，为逆变器产生开关信号，逆变器的开关信号是各个电流控制器生成的开关信号执行与运算生成的，且逆变器采用标准的非对称半桥的上下桥臂开关状态驱动SRM实现充磁、续流和退磁的工作模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用单台逆变器驱动多台SRM，能够有效地减少传统电路中的重复组件，使驱动系统的成本得以大幅度地降低，同时也降低了驱动系统的尺寸，保证了空间的利用率。

2.本发明的单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统，采用霍尔效应位置传感器以获取转子相对位置，同时公共电流传感器来测量相电流，大大减少了所需电流传感器的数量，有效地节约了成本。

3.本发明利用每台电机相关联的电流控制器生成的信号进行逻辑与运算生成逆变器的开关信号，使各台电机能够保持同步旋转，从而针对以同步速度运行的应用，有效地降低了驱动系统的成本，减小了驱动系统的尺寸，同时也减少了驱动系统的维护。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的实施例1的稳态波形示意图；

图3为本发明的实施例1的暂态波形示意图；

图4为本发明的公共霍尔电流传感器测量的电路示意图；

图5为本发明的SRM工作模态的电路示意图；

图6为本发明的实施例1的负载工况示意图；

图7为本发明的实施例2的稳态波形和暂态波形示意图；

图8为本发明的实施例3的稳态波形和暂态波形示意图。

具体实施方式

以下实施例用来进一步说明本发明的内容，并不限制本发明的应用。

实施例1：（以两台SRM并联）

如图1所示，选取两台SRM进行并联，组成单台逆变器驱动两并联开关磁阻电机系统。

单台逆变器驱动两并联开关磁阻电机系统的控制方法包括如下具体步骤：

如图2所示，波形（a）表示SRM1的A相电流，波形（b）表示SRM2的A相电流，波形（c）表示SRM1和SRM2的转子位置，波形（d）表示SRM1和SRM2的转速，由图2可知，起初，两台SRM 的转子位于不同的位置，然后，开启起动程序，以对齐转子位置为目的，为两台SRM的各相绕组进行供电，并打开逆变器A相，等待500-600ms，使得两台SRM的转子稳定在对齐位置，同时两台并联连接的SRM在负载扭矩下也能保持高速运行，如下表1：

；

然后使用霍尔位置传感器观测每台SRM的转子位置，使霍尔位置传感器输出的不同相移的方波信号，并把不同相移的方波信号输入数字信号处理器进行估算两台SRM的转子位置；

再对霍尔位置传感器的输出进行AND逻辑运算，使其应用至逆变器的下桥臂开关；

如图3所示，波形（a）表示SRM1和SRM2的转子位置，波形（b）表示SRM1和SRM2的转速，在时间为0.14秒时将参考速度从 1500 rpm升高到 2500 rpm，之后又将参考速度从2500rpm降低到2000 rpm，由图3可知，SRM运行良好，运行速度跟随参考速度；

然后如图4所示，使用公共霍尔电流传感器进行测量两台SRM电流的平均值，即相电流；

由于两台SRM是由单台逆变器供电，故每台SRM都有各自独立的闭环控制程序，采用各自独立的闭环控制对相同参考速度的每台SRM进行控制生成开关信号；

由于逆变器的开关信号是各个电流控制器生成的开关信号执行与运算生成的，故会对各个闭环程序产生的开关信号进行AND逻辑运算，使之逆变器产生开关信号，而后逆变器会采用标准的非对称半桥的上下桥臂开关状态驱动SRM实现充磁、续流和退磁的工作模式。

在软开关工作模式下，上桥臂开关连续斩波，而下桥臂开关在相位导通区域保持闭合，当迟滞控制器中的电流误差超过窗口上限时，相应相的上桥臂开关闭合，而下桥臂开关由于软开关方案而保持闭合，这种状态称为磁化，此时可以降低纹波转矩和开关损耗；磁化后，相绕组中的电流上升，电流误差达到下限，此时上桥臂开关断开，这种状态称为续流；当达到关断角时，上下桥臂开关同时关断，这种工作状态称为退磁，由图5可知，图（a）表示磁化，图（b）表示续流，图（c）表示退磁。

由图6可知，波形（a）表示SRM1负载下的相电流，波形（b）表示SRM2负载下的相电流，波形（c）表示SRM1负载下的总转矩，波形（d）表示SRM2负载下的总转矩，波形（e）表示SRM1和SRM2负载下的速度，SRM1和SRM2在不同负载下两台并联SRM具有 50% 的负载差异，由此可知，两台SRM在1500 rpm下均能良好运行。

实施例2：（以四台SRM并联）

选取四台SRM进行并联，组成单台逆变器驱动四并联开关磁阻电机系统，其驱动系统的控制方法与实施例1一致，仅SRM的数量不一致，且四台SRM并联运行波形由图7可知，波形（a）表示SRM1的A相电流，波形（b）表示SRM2的A相电流，波形（c）表示SRM3的A相电流，波形（d）表示SRM4的A相电流，波形（e）表示四台SRM的转子位置，波形（f）表示四台SRM的转速。

实施例3：（以六台SRM并联）

选取六台SRM进行并联，组成单台逆变器驱动六并联开关磁阻电机系统，其驱动系统的控制方法与实施例1一致，仅SRM的数量不一致，且六台SRM并联运行波形由图8可知，波形（a）表示SRM1的A相电流，波形（b）表示SRM2的A相电流，波形（c）表示SRM3的A相电流，波形（d）表示SRM4的A相电流，波形（e）表示SRM5的A相电流，波形（f）表示SRM6的A相电流，波形（g）表示六台SRM的转速，由此可知，六台SRM的转速在从3000rpm减速至2800rpm再减速至2300rpm的过程中，六台SRM仍处理良好地运行。

Claims (9)

1.一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括具体步骤如下：

S1开启起动程序，打开逆变器A相，等待500-600ms；

S2采用霍尔位置传感器观测每台SRM的转子位置；

S3对每台SRM相同相的霍尔位置传感器的输出进行AND逻辑运算，且应用至逆变器的下桥臂开关控制其导通；

S4采用霍尔电流传感器测量所有SRM的相电流；

S5采用各自独立的闭环控制对相同参考速度的每台SRM进行控制生成开关信号；

S6对各个闭环程序产生的开关信号进行AND逻辑运算，为逆变器产生开关信号。

2.根据权利要求1所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，S1中，开启起动程序之前每台SRM 的转子位于不同的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，所述起动程序是以对齐转子位置为目的，为所有SRM的各相绕组进行供电。

4.根据权利要求1所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，S2中，霍尔位置传感器输出具有不同相移的方波信号，并输入数字信号处理器进行估算转子位置。

5.根据权利要求1所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，S4中，相电流是通过公共霍尔电流传感器进行测量电流的平均值。

6.根据权利要求1所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，S5中，多台SRM是由单台逆变器供电，每台SRM都有各自独立的闭环控制程序。

7.根据权利要求1所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，S6中，逆变器的开关信号是各个电流控制器生成的开关信号执行与运算生成的。

8.根据权利要求7所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器是采用标准的非对称半桥对SRM进行驱动。

9.根据权利要求8所述的一种单台逆变器驱动多并联开关磁阻电机系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器是通过非对称半桥的上下桥臂开关状态驱动SRM实现充磁、续流和退磁的工作模式。

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