一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统及其方法，包括开关磁阻电机、改进型不对称半桥变换器、转子位置检测装置、电流传感器以及控制器；本发明专利技术对相邻两相定子绕组电流由于导通范围设定不同而引起的不同工作模式进行分析，讨论了两相定子绕组电流存在重叠区间以及不存在重叠区间的情况，并提出一种改进型不对称半桥变换器拓扑，在减少电子器件的同时，只通过一个电流传感器就可以重构出各相定子绕组电流而没有任何电压损失。该发明专利技术不仅减少了电机系统的体积和成本，使得系统更加紧凑，而且对于电机性能的可靠性也有了极大的提高。

Low cost switched reluctance motor winding current detection system and method thereof

The invention discloses a low cost switched reluctance motor winding current detection system and method, including the switch reluctance motor, improved asymmetrical half bridge converter, rotor position detection device, current sensor and controller; the invention of the adjacent two-phase stator winding current due to different working modes of conduction range setting caused by different analysis, discussion two phase winding current overlap interval and there is no overlap interval, and proposes an improved asymmetrical half bridge converter topology, reduction in electronic devices at the same time, only by a current sensor can reconstruct the stator winding current without any voltage loss. The invention not only reduces the volume and cost of the motor system, makes the system more compact, but also greatly improves the reliability of the motor performance.

【技术实现步骤摘要】
一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统及其方法
本专利技术属于电机
，具体涉及一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统及其方法。
技术介绍
随着能源危机和环境污染的日益加重，电动汽车的研究获得生机，成为世界范围内汽车行业发展的热点之一。电动汽车不以汽油为直接燃料，能源利用效率高、环境污染度低，具有效率高、排放量低的优点。同时，电动汽车转矩响应迅速，加速快，容易实现四轮独立驱动和四轮转向，还可以实现再生制动和能量回收，电动汽车制动的安全性和可靠性高，受到国内外广大学者的关注。开关磁阻电机作为一种结构简单、鲁棒性好、价格便宜的先进一体化机电装置，兼有异步电动机变频调速和直流电动机调速宽的优点，其运行性能和经济指标比普通的交流调速系统好，被认为是在电动汽车中一种极具潜力的驱动系统。准确的电机定子绕组电流信息获取对于开关磁阻电机高性能控制以及故障诊断具有十分重要的意义，通常，各相定子绕组电流是通过在各相定子绕组中放置一个电流传感器来检测，控制器进而根据各相电流实现对电机的控制。在多相开关磁阻电机中，多个电流传感器的安装会引起开关磁阻电机系统体积和成本的增加，也会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，进而导致电机各相电流和转矩的差异，影响电机性能。
技术实现思路
针对多相开关磁阻电机系统中由于多个电流传感器所带来的系统体积增大、成本增加以及系统可靠性降低等问题，本专利技术提供了一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统及其方法，在传统不对称半桥的基础上进行适当改进，减少了电子器件数量的同时，只需一个电流传感器对母线电流进行采样，然后结合各相定子绕组导通区间的判断，运用本专利技术提出的新型电流重构方案，实现对母线电流的分解，达到重构出各相电流的目的。一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统，包括一台开关磁阻电机、一个改进型不对称半桥变换器、一个位置检测器、一个电流传感器和一个控制器；其特征在于：所述的开关磁阻电机具有四相定子绕组La～Ld；所述的改进型不对称半桥变换器用于为开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁；所述的位置检测器用于检测开关磁阻电机的转子位置信号；所述的电流传感器用于检测变换器上的母线电流；所述的控制器根据转子位置信号计算电机转速，根据母线电流重构出开关磁阻电机各相定子绕组的绕组电流，然后基于电机转子位置、绕组电流和转速，为功率变换器中的功率开关器件提供导通信号。所述的改进型不对称功率变换器包括六个二极管D1～D6、八个开关管S1～S8、一个直流母线电容和一个电流传感器；其中，直流母线电容的一端与电流传感器的一端、开关管S1的一端、开关管S5的一端、二极管D1的阴极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极和二极管D6的阴极共连并接外部直流电压源的正极，电流传感器的另一端与开关管S3的一端、开关管S7的一端相连，开关管S1的另一端与开关管S3的另一端、定子绕组La的一端、定子绕组Lc的一端、二极管D2的阴极相连，定子绕组La的另一端与二极管D1的阳极、开关管S2的一端相连,定子绕组Lc的另一端与二极管D3的阳极和开关管S4的一端相连,开关管S5的另一端与开关管S7的另一端、定子绕组Lb的一端、定子绕组Ld的一端、二极管D5的阴极相连，定子绕组Lb的另一端与二极管D4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D6的阳极和开关管S8的一端相连,直流母线电容的另一端与开关管S2的另一端、开关管S4的另一端、开关管S6的另一端、开关管S8的另一端、二极管D2的阳极和二极管D5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导通信号。所述的开关磁阻电机系统的绕组电流获取方法，如下：通过采用所述的改进型不对称半桥变换器拓扑，各相定子绕组电流在励磁模式和零电压续流模式工作状态下可以流经电流传感器，在退磁模式工作状态下不经过电流传感器。因此，通过该电流传感器重构出来的各相定子绕组电流包含励磁和零电压续流部分而不包含退磁部分，根据各相定子绕组导通范围的不同，相邻两相定子绕组电流之间存在两种情况：当各相定子绕组导通范围不大于15°时，相邻两相绕组电流之间不存在重叠区间，此时电流传感器中的电流不存在两相定子绕组电流相加的情况，分别在各相定子绕组的各自导通区间内采样电流传感器中的电流既可以获得各相的定子绕组电流；当各相定子绕组导通范围大于15°时，相邻两相定子绕组电流之间存在重叠区间，在重叠区间电流传感器中的电流为相邻两相定子绕组电流之和，通过将开关管S1、S3、S5和S7交替导通关断，使得只有一相定子绕组电流流经电流传感器，同时另一相定子绕组电流流经其他电路完成回路而不存在任何电压损失问题，此时流经电流传感器的定子相绕组电流可以被采样从而获得该相绕组电流，获取另一相绕组电流的方法相同。因此，在重叠区间的相邻两相定子绕组电流可以从一个电流传感器中获取。在非重叠区间电流传感器中的电流为单独地各相定子绕组电流，通过在各相定子绕组的各自导通区间内采样电流传感器中的电流既可以获得各相的定子绕组电流。本专利技术对相邻两相定子绕组电流由于导通范围设定不同而引起的不同工作状况进行分析，讨论了两相定子绕组电流重叠以及不重叠的情况，并提出一种改进型不对称半桥变换器拓扑，在减少电子器件的同时，只通过一个电流传感器就可以重构出各相定子绕组电流而没有任何绕组电压损失。该专利技术不仅减少了电机系统的体积和成本，使得系统更加紧凑，而且对于电机性能的可靠性也有了极大的提高。附图说明图1为四相开关磁阻电机改进型不对称半桥功率变换器示意图。图2(a)为改进型功率转换器工作模式一：励磁模式。图2(b)为改进型功率转换器工作模式二：零电压续流模式。图2(c)为改进型功率转换器工作模式三：退磁模式。图3为改进型功率转换器简化分析。图4为四相开关磁阻电机相邻两相定子绕组电流无重叠区间时电流状态示意图。图5为四相开关磁阻电机相邻两相定子绕组电流有重叠区间时电流状态示意图。图6(a)为A相和B相均处于励磁模式时的正常工作状态。图6(b)为A相和B相均处于励磁模式时检测A相电流的工作状态。图6(c)为A相和B相均处于励磁模式时检测B相电流的工作状态。图7为A相和B相均处于励磁模式时的检测两相电流的开关管状态和采样时刻。图8(a)为A相处于零电压续流模式和B相处于励磁模式时的正常工作状态。图8(b)为A相处于零电压续流模式和B相处于励磁模式时检测A相电流的工作状态。图8(c)为A相处于零电压续流模式和B相处于励磁模式时检测B相电流的工作状态。图9为A相处于零电压续流模式和B相处于励磁模式时的检测两相电流的开关管状态和采样时刻。图10(a)为A相和B相均处于零电压续流模式时的正常工作状态。图10(b)为A相和B相均处于零电压续流模式时检测A相电流的工作状态。图10(c)为A相和B相均处于零电压续流模式时检测B相电流的工作状态。图11为A相和B相均处于零电压续流模式时的检测两相电流的开关管状态和采样时刻。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案及其相关工作原理进行详细说明。一个完整的开关磁阻电机系统主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器、位置检测器和电流检测器五个部分组成。通常来说，开关磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统，包括一台开关磁阻电机、一个改进型不对称半桥变换器、一个位置检测器、一个电流传感器和一个控制器；其特征在于：所述的开关磁阻电机具有四相定子绕组L

【技术特征摘要】
1.一种低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统，包括一台开关磁阻电机、一个改进型不对称半桥变换器、一个位置检测器、一个电流传感器和一个控制器；其特征在于：所述的开关磁阻电机具有四相定子绕组La～Ld；所述的改进型不对称半桥变换器用于为开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁；所述的位置检测器用于检测开关磁阻电机的转子位置信号；所述的电流传感器用于检测变换器上的母线电流；所述的控制器根据转子位置信号计算电机转速，根据母线电流重构出开关磁阻电机各相定子绕组的绕组电流，然后基于电机转子位置、绕组电流和转速，为功率变换器中的功率开关器件提供导通信号。2.根据权利要求1所述的低成本开关磁阻电机绕组电流检测系统，其特征在于：所述的改进型不对称功率变换器包括六个二极管D1～D6、八个开关管S1～S8、一个直流母线电容和一个电流传感器；其中，直流母线电容的一端与电流传感器的一端、开关管S1的一端、开关管S5的一端、二极管D1的阴极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极和二极管D6的阴极共连并接外部直流电压源的正极，电流传感器的另一端与开关管S3的一端、开关管S7的一端相连，开关管S1的另一端与开关管S3的另一端、定子绕组La的一端、定子绕组Lc的一端、二极管D2的阴极相连，定子绕组La的另一端与二极管D1的阳极、开关管S2的一端相连,定子绕组Lc的另一端与二极管D3的阳极和开关管S4的一端相连,开关管S5的另一端与开关管S7的另一端、定子绕组Lb的一端、定子绕组Ld的一端、二极管D5的阴极相连，定子绕组Lb的另一端与二极管D4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D6的阳极和开关管S8的一端相连,直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙庆国，吴建华，甘醇，胡义华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33