一种多相开关磁阻电机系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多相开关磁阻电机系统及其控制方法，包括直流母线电流传感器、位置传感器、多相功率变换器、多相开关磁阻电机、控制器；直流母线电流传感器的个数为一个，一端与直流母线电容的负极和直流电源的负极相连，另一端分别与多相功率变换器中各相半桥变换电路中下开关管的发射极相连。本发明专利技术通过将多相功率变换器的负直流母线进行分离，在分离的负直流母线上安装直流母线电流传感器，并通过直流母线电流传感器在特定的各相采样时间点上采集母线电流，仅利用一个直流母线电流传感器即可得到多相开关磁阻电机各相绕组电流，大大降低了系统的体积和成本，提升了系统的功率密度和鲁棒性，稳定性高。

A polyphase switched reluctance motor system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种多相开关磁阻电机系统及其控制方法
本专利技术属于电机驱动控制
，更具体地，涉及一种多相开关磁阻电机系统及其控制方法。
技术介绍
开关磁阻电机具有功率密度高、结构简单、成本低、起动转矩大、调速性能良好等优点，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。然而，相比于电动汽车行业中常用的永磁同步电机，由于开关磁阻电机具有简单的双凸极结构，使得开关磁阻电机具有较大的转矩脉动，这也限制了开关磁阻电机的应用场景。在电机结构上，为了降低开关磁阻电机由于双凸极结构导致的转矩脉动，通常采用多相开关磁阻电机的结构。电机相数的增多，不仅降低了开关磁阻电机的转矩脉动，同时也提高了电机的转矩输出能力和效率。在驱动控制策略方面，为了减小在电机低速运行时由于电流过冲导致的转矩脉动，开关磁阻电机通常采用电流斩波控制方式来进行控制，通过将开关磁阻电机各相绕组电流的实际值和给定值进行比较，从而得到控制功率变换器的驱动信号。因此，对于开关磁阻电机系统，在每一个控制周期内，电机各相绕组电流必须被实时采样。在传统开关磁阻电机驱动拓扑中，电流传感器直接安放在电机各相绕组上，用以分别检测电机各相绕组电流，因此电流传感器的数量与多相开关磁阻电极的相数N相同。但是大量的电流传感器不但提高了多相开关磁阻电机系统的成本和体积，同时也降低了多相开关磁阻电机系统的稳定性。综上所述，提出一种成本较低的多相开关磁阻电机系统及其控制方法是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种多相开关磁阻电机系统及其控制方法，旨在解决现有技术由于的电流传感器数量多而导致的多相开关磁阻电机系统成本较高的问题。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种多相开关磁阻电机系统，包括直流母线电流传感器、位置传感器、多相功率变换器、多相开关磁阻电机、控制器；其中，多相开关磁阻电机的各相绕组分别连接至多相功率变换器中各相半桥功率变换器的上开关管发射极和下开关管集电极之间；多相功率变换器中各相半桥变换电路的下开关管分别连接在负直流母线上，直流母线电流传感器放置在多相功率变换器的负直流母线上与多相功率变换器相连，直流母线电流传感器和位置传感器的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端连接在多相功率变换器上；直流母线电流传感器用于采集多相功率变换器中导通区域的各相电流之和，即母线电流；位置传感器用于采集开关磁阻电机的转速反馈值和位置反馈值；多相功率变换器用于为多相开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁电流；控制器用于通过控制读取直流母线电流传感器采集到的母线电流的时间，得到多相开关磁阻电机各相绕组电流反馈值，并基于该绕组电流反馈值、转速给定值以及位置传感器采集的开关磁阻电机的转速反馈值和位置反馈值，采用电流斩波进行控制，为多相功率变换器中的开关管提供驱动信号。进一步地，上述多相功率变换器包括直流母线电容、多相半桥变换电路；其中，每一相半桥变换电路均包括上开关管、下开关管；各相下二极管和下开关管分别连接在两条电路上；上述直流母线电流传感器的个数为一个，一端与直流母线电容的负极和直流电源的负极相连，另一端分别与各相半桥变换电路中下开关管的发射极相连。进一步优选地，上述直流母线电流传感器为霍尔型电流传感器。本专利技术另一方面提供了一种多相开关磁阻电机控制方法，包括以下步骤：S1、基于转速给定值和位置传感器采集的开关磁阻电机的转速反馈值，利用比例积分调节器，计算绕组电流给定值；S2、通过控制读取直流母线电流传感器采集到的母线电流的时间，得到多相开关磁阻电机各相绕组电流反馈值；S3、基于绕组电流给定值、绕组电流反馈值以及位置传感器采集的开关磁阻电机的位置反馈值，采用电流斩波进行控制，得到多相功率变换器中各个开关管的驱动信号。进一步优选地，通过控制读取直流母线电流传感器采集到的母线电流的时间，得到多相开关磁阻电机各相绕组电流反馈值的方法，包括以下步骤：S21、根据在一个相电流采样周期内基准辅助脉冲的下降沿，得到各相采样时间点；S22、根据各相采样时间点，对多倍频辅助脉冲信号进行时延，得到各相多倍频辅助脉冲信号，使得各辅助脉冲信号在每一个采样点上只有一个为高电平；S23、在多相功率变换器的各相的导通区间内，将各相多倍频辅助脉冲信号分别输入到相应的半桥变换电路的下开关管中；S24、在各相采样时间点分别记录直流母线电流传感器上采集到的电流值，即为多相开关磁阻电机各相绕组电流反馈值。进一步优选地，上述多倍频辅助脉冲信号的占空比D满足：其中，Tmin为直流母线电流传感器完成一次精确采样和A/D转换所需要的最小时间，TPWM为辅助脉冲信号的周期。进一步优选地，上述多倍频辅助脉冲信号的脉冲频率与控制器所期望的绕组电流采样频率之比等于多相开关磁阻电机的相数，此时上述多相开关磁阻电机控制方法适用于任意相数的开关磁阻电机。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供了一种多相开关磁阻电机系统，通过将多相功率变换器的负直流母线进行分离，并在分离的负直流母线上安装直流母线电流传感器，通过对多相功率变换器中的下开关管中分别注入辅助脉冲信号，即可得到多相开关磁阻电机各相绕组电流，相比于传统的多相开关磁阻电机绕组电流检测技术，本专利技术利用一个直流母线电流传感器即可实现各相绕组电流的检测，减少了多相开关磁阻电机系统中电流传感器的数量，解决了现有技术由于的电流传感器数量多而导致的多相开关磁阻电机系统成本较高的问题。2、本专利技术提供了一种多相开关磁阻电机控制方法，仅采用一个直流母线电流传感器来测量各相开关磁阻电机各相绕组电流，通过使直流母线电流传感器在特定的各相采样时间点上采集母线电流，即可得到多相开关磁阻电机各相绕组电流，进而降低了系统的体积和成本，提升了系统的功率密度和鲁棒性，稳定性高。附图说明图1是本专利技术所提供的一种多相开关磁阻电机系统示意图；图2是本专利技术实施例所提供的五相功率变换器的结构示意图；图3是本专利技术实施例所提供的五相开关磁阻电机在电流斩波控制方式下的工作电流示意图；图4是本专利技术实施例所提供的A相半桥变换电路在电流斩波控制下的三种工作模式示意图；其中，图(a)为A相半桥变换电路在电流斩波控制下的励磁模式示意图；图(b)为A相半桥变换电路在电流斩波控制下的续流模式示意图；图(c)为A相半桥变换电路在电流斩波控制下的退磁模式示意图；图5是本专利技术实施例所提供的辅助脉冲信号的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种多相开关磁阻电机系统，如图1所示包括直流母线电流传感器、位置传感器、多相功率变换器、多相开关磁阻电机、控制器；...

【技术保护点】
1.一种多相开关磁阻电机系统，其特征在于，包括直流母线电流传感器、位置传感器、多相功率变换器、多相开关磁阻电机、控制器；/n所述多相开关磁阻电机的各相绕组分别连接至所述多相功率变换器中各相半桥功率变换器的上开关管发射极和下开关管集电极之间；所述多相功率变换器中各相半桥变换电路的下开关管分别连接在负直流母线上，所述直流母线电流传感器放置在多相功率变换器的负直流母线上与所述多相功率变换器相连，所述直流母线电流传感器和所述位置传感器的输出端与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端连接在所述多相功率变换器上；/n所述直流母线电流传感器用于采集多相功率变换器中导通区域的各相电流之和，即母线电流；/n所述位置传感器用于采集开关磁阻电机的转速反馈值和位置反馈值；/n所述多相功率变换器用于为多相开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁电流；/n所述控制器用于通过控制读取直流母线电流传感器采集到的母线电流的时间，得到多相开关磁阻电机各相绕组电流反馈值，并基于该绕组电流反馈值、转速给定值以及位置传感器采集的开关磁阻电机的转速反馈值和位置反馈值，采用电流斩波进行控制，为多相功率变换器中的开关管提供驱动信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多相开关磁阻电机系统，其特征在于，包括直流母线电流传感器、位置传感器、多相功率变换器、多相开关磁阻电机、控制器；
所述多相开关磁阻电机的各相绕组分别连接至所述多相功率变换器中各相半桥功率变换器的上开关管发射极和下开关管集电极之间；所述多相功率变换器中各相半桥变换电路的下开关管分别连接在负直流母线上，所述直流母线电流传感器放置在多相功率变换器的负直流母线上与所述多相功率变换器相连，所述直流母线电流传感器和所述位置传感器的输出端与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端连接在所述多相功率变换器上；
所述直流母线电流传感器用于采集多相功率变换器中导通区域的各相电流之和，即母线电流；
所述位置传感器用于采集开关磁阻电机的转速反馈值和位置反馈值；
所述多相功率变换器用于为多相开关磁阻电机的各相定子绕组提供励磁电流；
所述控制器用于通过控制读取直流母线电流传感器采集到的母线电流的时间，得到多相开关磁阻电机各相绕组电流反馈值，并基于该绕组电流反馈值、转速给定值以及位置传感器采集的开关磁阻电机的转速反馈值和位置反馈值，采用电流斩波进行控制，为多相功率变换器中的开关管提供驱动信号。


2.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电机系统，其特征在于，所述多相功率变换器包括直流母线电容、多相半桥变换电路；其中，每一相半桥变换电路均包括上开关管、下开关管、上二级管、下二级管；各相下二极管和下开关管分别连接在两条电路上；所述直流母线电流传感器的个数为一个，一端与直流母线电容的负极和直流电源的负极相连，另一端分别与各相半桥变换电路中下开关管的发射极相连。


3.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电机系统，其特征在于，所述直流母线电流传感器为霍尔型电流传感器。


4.一种多相开...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘醇，俞志跃，曲荣海，孔武斌，孙剑波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42