本发明专利技术公开了一种基于母线电流采样的开关磁阻电机系统，包括开关磁阻电机、功率变换器、转速检测装置、电流传感器以及控制器；本发明专利技术通过对SRM系统的相电流进行分析，讨论了不同开通区间对相电流波形的影响，分析了电流斩波区间内相电流重叠和不重叠两种情况。针对相电流重叠的情况，采用双高频脉冲注入重叠区间内的各相下管，并在脉冲低电平触发A/D采样，对直流母线电流进行分解，实现了注入高频脉冲频率与A/D采样频率的高度同步，结合各相开通区间信息，可以有效地重构各相导通区间内的相电流，减少传感器的使用数量，大大减少系统成本与体积，使得产品更加紧凑，消除了由于各相单独电流传感器增益不相等造成的压降不均衡问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机
，具体设及一种基于母线电流采样的开关磁阻电机系统 及其绕组电流获取方法。
技术介绍
开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor,SRM)是20世纪80年代发展起来的 一种微型电机，作为一种结构简单、鲁椿性好、价格便宜的新型调速系统，问世不久便引起 了各国电气传动界的广泛重视，成为80年代最热口的调速电动机之一，90年代W后，逐渐 形成了理论研究与实际应用并重的发展态势。近几十年来，伴随着电子学和微电子学迅速 发展，开关磁阻电机成为一种新型可控交流调速系统。如图1所示，该系统由双凸极式磁阻 电机、功率变换器、位置传感器、电流传感器和控制器组成，是机电一体化的调速驱动装置。 它具有结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高、调速范围广等优点，在工业应用中受到青 睐。 开关磁阻电机系统（SwitchedReluctanceMotorDrive,S畑）中，开关磁阻电机 是该系统中实现机电能量装换的部件，也是SRD有别于其他电机系统的主要标志。功率变 换器向SRM提供运转所需要的能量，由蓄电池或者交流电整流后得到的直流电供电。如图 2所示，功率变换器采用的是不对称半桥型结构，由于其各相绕组之间相互独立、容错性能 好、稳定性强的特点而广泛应用。位置检测模块是用来检测SRM转子的位置；电流检测模块 则是用于检测SRM绕组中的各相电流；控制器模块是系统的中枢，它综合处理速度指令、速 度反馈信号、位置传感器和电流传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作 状态，实现对SRM运行状态的控制。 开关磁阻电机的可控量包括加在绕组两端的电压&、相电流ik、开通角0。。和关断 角e^f。针对W上可控变量的控制方式一般可W分为S种，即角度位置控制方式（APC)、电 流斩波控制方式（CCC)和电压斩波控制方式（CVC)。电机在中高度运行时，一般采用角度位 置控制方式，即APC方式。而在电机低速（一般是指在额定转速的40%W下）、制动运行或 者是启动时，一般是采用电流斩波控制方式，即CCC方式。 图4和图5分别显示了SRM电流斩波控制示意图和该过程中一相绕组电流的变化 情况。CCC控制是对各相开通区间内的相电流进行斩波控制，由于开通区间大小不同，各相 电流会在其开通区间内出现两相电流重叠和不重叠的情况，如图6和图7所示；即使在整个 电感上升区间导通，最多也只会出现两相电流重叠的情况，其中S1和S2是A相上管和下管 的驱动信号，S7和S8是D相上管和下管的驱动信号，S3和S4是B相上管和下管的驱动信 号，i。，ib和id分别对应A相，B相和D相的相电流。CCC方式是针对开通区间内的电流进 行斩波控制，因此需要开通区间内（即图3(a)-(b)阶段）的电流信息，而不需要续流区间 内（即图3(c)阶段）的电流信息。 为了获得所需要的电流信息，必须要对绕组中的电流进行检测，一般是采用霍尔 电流传感器来检测各相绕组电流，将其送至控制器进而实现对电机的控制。而常用的方法 便是在每相绕组上分别放置一个电流传感器来进行电流采样，W获得比较准确的采样电流 (如图8所示），在多相开关磁阻电机中，该必然引起电流传感器数量、系统体积W及系统成 本的增加，也会导致由于各相单独电流传感器增益不相等造成的压降不平衡等问题。
技术实现思路
针对多相电流传感器所带来的系统体积化及成本的增加等问题，本专利技术提供了一 种基于母线电流采样的开关磁阻电机系统及其绕组电流获取方法，无需额外硬件电路，只 需一个电流传感器对母线电流进行采样，结合对各相位置区间的判断，在两相重叠开通区 间内分别向各下管注入两种具有一定相位差的高频脉冲，从而对母线电流进行分解，达到 重构各相电流的目的。[000引一种基于母线电流采样的开关磁阻电机系统，包括开关磁阻电机、功率变换器、转 速检测装置、电流传感器W及控制器；其中；所述的开关磁阻电机具有四相定子绕组L。~ Ld;所述的功率变换器用于为开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁；所述的转速检测装 置用于检测开关磁阻电机的转子位置角进而计算出开关磁阻电机的转速；所述的电流传感 器用于检测功率变换器的母线电流；所述的控制器根据母线电流W确定开关磁阻电机各相 定子绕组的绕组电流，进而基于绕组电流、转子位置角和转速，通过相应控制算法为功率变 换器中的功率开关器件提供PWM信号。 所述的功率变换器包括八个二极管D1~D8、八个开关管S1~S8和一直流母线电 容；其中，直流母线电容的一端与开关管S1的一端、开关管S3的一端、开关管S5的一端、开 关管S7的一端、二极管D1的阴极、二极管D3的阴极、二极管D5的阴极和二极管D7的阴极 共连并接外部直流电压源的正极，开关管S1的另一端与定子绕组L。的一端和二极管D2的 阴极相连，开关管S3的另一端与定子绕组Lb的一端和二极管D4的阴极相连，开关管S5的 另一端与定子绕组L。的一端和二极管D6的阴极相连，开关管S7的另一端与定子绕组Ld的 一端和二极管D8的阴极相连，定子绕组L。的另一端与二极管D1的阳极和开关管S2的一端 相连，定子绕组U的另一端与二极管D3的阳极和开关管S4的一端相连，定子绕组L。的另 一端与二极管D5的阳极和开关管S6的一端相连，定子绕组Ld的另一端与二极管D7的阳 极和开关管S8的一端相连，开关管S2的另一端、开关管S4的另一端、开关管S6的另一端 和开关管S8的另一端共连并接电流传感器的一端，直流母线电容的另一端与电流传感器 的另一端、二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、二极管D6的阳极和二极管D8的阳极共连 并接外部直流电压源的负极，八个开关管S1~S8的控制极接收控制器提供的PWM信号。 所述的八个开关管S1~S8均采用CoolMOS管。 所述的八个二极管D1~D8均采用快恢复二极管。 上述开关磁阻电机系统的绕组电流获取方法，如下：[001引当各相绕组电流在各自开通区间内没有出现两相电流重叠的情况时，电流传感器 检测到的母线电流即为当前唯一导通相的绕组电流； 当各相绕组电流在各自开通区间内出现两相电流重叠的情况时，电流传感器检测 到的母线电流为当前两导通相的绕组电流之和，在两相电流重叠区间内分别向当前两导通 相定子绕组另一端所连的开关管注入两种具有一定相位差且占空比超过95%的高频脉冲， 进而在高频脉冲低电平时触发A/D采样W对母线电流进行分解，即能得到当前两导通相各 自的绕组电流。 本专利技术通过对SRM系统的相电流进行分析，讨论了不同开通区间对相电流波形的 影响，分析了电流斩波区间内相电流重叠和不重叠两种情况。针对相电流重叠的情况，采用 双高频脉冲注入重叠区间内的各相下管，并在脉冲低电平触发A/D采样，对直流母线电流 进行分解，实现了注入高频脉冲频率与A/D采样频率的高度同步，结合各相开通区间信息， 可W有效地重构各相导通区间内的相电流。相比于传统的绕组电流采样方法，本专利技术利用 一个电流传感器检测变换器的母线电流，可W减少传感器的使用数量，大大减少系统成本 与体积，使得产品更加紧凑，消除了由于各相单独电流传感器增益不相等造成的压降不均 衡问题。【附图说明】 图1为四相8/6极开关磁阻电机驱动系统结构示意图。 图2为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于母线电流采样的开关磁阻电机系统，包括开关磁阻电机、功率变换器、转速检测装置、电流传感器以及控制器；其特征在于：所述的开关磁阻电机具有四相定子绕组La～Ld；所述的功率变换器用于为开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁；所述的转速检测装置用于检测开关磁阻电机的转子位置角进而计算出开关磁阻电机的转速；所述的电流传感器用于检测功率变换器的母线电流；所述的控制器根据母线电流以确定开关磁阻电机各相定子绕组的绕组电流，进而基于绕组电流、转子位置角和转速，通过相应控制算法为功率变换器中的功率开关器件提供PWM信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：甘醇，吴建华，王宁，孙庆国，杨仕友，胡义华，王晓明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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