一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，包括如下步骤：(1)检测转子在x轴方向位移；(2)检测电机两种不同转矩电流分量i

【技术实现步骤摘要】
一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法


[0001]本专利技术涉及交流电机控制
，尤其是一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法。

技术介绍

[0002]无轴承同步磁阻电机是一种集成主动磁轴承悬浮支承和普通同步磁阻电机两者功能于一体的交流特种电机，该电机定子中装配两套绕组(转矩绕组和悬浮绕组)，两套绕组按照控制要求通过电流之后，形成的叠加磁场作用于电机转子，同步实现电机转子的稳定悬浮和可靠旋转。
[0003]无轴承同步磁阻电机稳定悬浮的前提是建立转子径向悬浮力方程和磁链方程，而径向力常数是径向悬浮力方程和磁链方程的关键参数，传统的径向力常数求解方法是在近似条件下建立径向力常数与电机气隙、两套绕组匝数、两套绕组极对数等有关的数学方程，通过电机固有参数去计算径向力常数，这种方法没有考虑电机旋转和悬浮过程中的负载突变、磁饱和等复杂情况，传统的静态计算方法降低了径向力常数的估算精度，与实际运行中的电机径向力常数并不相同，可能引发电机悬浮控制系统功能失效，导致电机整个悬浮运行和转矩控制系统的失稳。
[0004]为进一步提高无轴承同步磁阻电机径向力常数的估算精度，增强电机悬浮控制系统的实时有效性，需采用一些新的径向力常数估算方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，采用理论推导和实验测试相结合对径向力常数进行估算，测试了电机动态旋转过程中的径向力常数，解决了传统径向力常数静态计算方法估算精度差、悬浮控制性能下降等问题，本专利技术构建的径向力常数估算系统动态实时性好、估算精度高、易于工程实现。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，包括如下步骤：
[0007](1)检测转子在x轴方向位移；
[0008](2)检测电机两种不同转矩电流分量i
qm
及转子不同位移处对应的三相静止坐标下悬浮绕组U相电压u
U
；
[0009](3)构造d轴径向力常数估算模型；
[0010](4)构造q轴径向力常数估算模型。
[0011]优选的，步骤(1)中，检测转子在x轴方向位移具体包括如下步骤：
[0012](11)设定转子位移检测的实验要求，该实验要求为：电机转轴一端加装球轴承，使该端转子固定于定子中心位置，该端转子在径向和轴向不产生位移偏移量；电机转轴另一端施加径向扰动力，能使转子沿x轴方向产生位移偏移；在加装球轴承的转轴一端安装转矩
制动器，用以模拟电机在两相同步旋转坐标下转矩电流分量i
qm
的变化；实验过程中电机保持额定转速运行，保持电机两相同步旋转坐标下励磁电流分量i
dm
＝不为零的常数；调节电机转轴径向扰动力方向，确保电机转子在y轴方向不发生位移偏移，即保持s
y
＝0，仅检测x轴方向转子位移s
x
；
[0013](12)检测两种不同转矩电流分量i
qm
条件下x轴转子位移偏移量s
x
，当电机转轴不施加转矩制动，即空载运行(i
qm
＝0)时，在电机转轴另一端施加两次不同的径向扰动力，依次检测转子在x轴上的两处位移s
x1
、s
x2
；当电机转轴施加转矩制动，即转矩电流分量i
qm
为不等于零的常数时，在电机转轴另一端施加两次不同的径向扰动力，依次检测转子x轴方向两处位移s
x3
、s
x4
。
[0014]优选的，步骤(2)中，检测步骤(12)中电机两种不同转矩电流分量i
qm
及转子不同位移处对应的三相静止坐标下悬浮绕组U相电压u
U
具体为：在步骤(12)中对转子位移进行检测的同时，依次检测i
qm
＝0且转子位移处于s
x1
、s
x2
时对应的悬浮绕组U相电压有效值u
U1
、u
U2
；当保持电机转矩电流分量i
qm
为不等于零的常数时，依次检测转子位移处于s
x3
、s
x4
时对应的悬浮绕组U相电压有效值u
U3
、u
U4
。
[0015]优选的，步骤(3)中，构造d轴径向力常数估算模型具体包括如下步骤：
[0016](31)建立悬浮绕组磁链与转矩绕组电流、转子位移之间的线性关系；在两相同步旋转d、q坐标下，无轴承同步磁阻电机4极转矩绕组和2极悬浮绕组完整的磁链状态方程为：
[0017][0018]式中，为微分算子；Ψ
dm
、Ψ
qm
分别为转矩绕组d、q轴磁链；Ψ
ds
、Ψ
qs
分别为悬浮绕组d、q轴磁链；ω为转子角速度；R
m
、R
s
分别为转矩绕组和悬浮绕组电阻；i
dm
、i
qm
分别为转矩绕组d、q轴电流；i
ds
、i
qs
分别为悬浮绕组d、q轴电流；u
dm
、u
qm
分别为转矩绕组d、q轴电压；u
ds
、u
qs
分别为悬浮绕组d、q轴电压；
[0019]式(1)中无轴承同步磁阻电机转矩绕组和悬浮绕组磁链由下式决定：
[0020][0021]式中，L
dm
、L
qm
分别为转矩绕组d、q轴电感；L
ds
、L
qs
分别为悬浮绕组d、q轴电感，且L
ds
＝L
qs
；s
d
、s
q
分别为d、q轴转子位移；k
ds
、k
qs
分别为d、q轴径向力常数；
[0022]电机悬浮绕组磁链不产生电磁转矩，在电机悬浮绕组不通电、仅转矩绕组通电的实验条件下，电机以额定转速旋转，此时转矩绕组电流在悬浮绕组中感生出磁链，悬浮绕组磁链仅由转矩绕组电流产生，由式(2)可得悬浮绕组磁链与转矩绕组电流、转子位移之间的线性关系为：
[0023][0024](32)建立悬浮绕组相电压与转矩绕组电流、转子位移之间的数学模型；依据式(3)相同的假定条件和实验要求，忽略无轴承同步磁阻电机两套绕组电阻产生的电压降，式(1)可进一步简化为：
[0025][0026]在两相同步旋转d、q坐标下，无轴承同步磁阻电机悬浮绕组磁链Ψ
ds
、Ψ
qs
经Park逆变换可转换为两相静止坐标下的磁链Ψ
xs
、Ψ
ys
：
[0027][0028]式中，θ为电机转子位置角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)检测转子在x轴方向位移；(2)检测电机两种不同转矩电流分量i
qm
及转子不同位移处对应的三相静止坐标下悬浮绕组U相电压u
U
；(3)构造d轴径向力常数估算模型；(4)构造q轴径向力常数估算模型。2.如权利要求1所述的无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，其特征在于，步骤(1)中，检测转子在x轴方向位移具体包括如下步骤：(11)设定转子位移检测的实验要求，该实验要求为：电机转轴一端加装球轴承，使该端转子固定于定子中心位置，该端转子在径向和轴向不产生位移偏移量；电机转轴另一端施加径向扰动力，能使转子沿x轴方向产生位移偏移；在加装球轴承的转轴一端安装转矩制动器，用以模拟电机在两相同步旋转坐标下转矩电流分量i
qm
的变化；实验过程中电机保持额定转速运行，保持电机两相同步旋转坐标下励磁电流分量i
dm
＝不为零的常数；调节电机转轴径向扰动力方向，确保电机转子在y轴方向不发生位移偏移，即保持s
y
＝0，仅检测x轴方向转子位移s
x
；(12)检测两种不同转矩电流分量i
qm
条件下x轴转子位移偏移量s
x
，当电机转轴不施加转矩制动，即空载运行(i
qm
＝0)时，在电机转轴另一端施加两次不同的径向扰动力，依次检测转子在x轴上的两处位移s
x1
、s
x2
；当电机转轴施加转矩制动，即转矩电流分量i
qm
为不等于零的常数时，在电机转轴另一端施加两次不同的径向扰动力，依次检测转子x轴方向两处位移s
x3
、s
x4
。3.如权利要求1所述的无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，其特征在于，步骤(2)中，检测电机两种不同转矩电流分量i
qm
及转子不同位移处对应的三相静止坐标下悬浮绕组U相电压u
U
具体为：在步骤(12)中对转子位移进行检测的同时，依次检测i
qm
＝0且转子位移处于s
x1
、s
x2
时对应的悬浮绕组U相电压有效值u
U1
、u
U2
；当保持电机转矩电流分量i
qm
为不等于零的常数时，依次检测转子位移处于s
x3
、s
x4
时对应的悬浮绕组U相电压有效值u
U3
、u
U4
。4.如权利要求1所述的无轴承同步磁阻电机径向力常数估算系统的构造方法，其特征在于，步骤(3)中，构造d轴径向力常数估算模型具体包括如下步骤：(31)建立悬浮绕组磁链与转矩绕组电流、转子位移之间的线性关系；在两相同步旋转d、q坐标下，无轴承同步磁阻电机4极转矩绕组和2极悬浮绕组完整的磁链状态方程为：式中，为微分算子；Ψ
dm
、Ψ
qm
分别为转矩绕组d、q轴磁链；Ψ
ds
、Ψ
qs
分别为悬浮绕组d、q轴磁链；ω为转子角速度；R
m
、R
s
分别为转矩绕组和悬浮绕组电阻；i
dm
、i
qm
分别为转矩绕组
d、q轴电流；i
ds
、i
qs
分别为悬浮绕组d、q轴电流；u
dm
、u
qm
分别为转矩绕组d、q轴电压；u
ds
、u
qs
分别为悬浮绕组d、q轴电压；式(1)中无轴承同步磁阻电机转矩绕组和悬浮绕组磁链由下式决定：式中，L
dm
、L
qm
分别为转矩绕组d、q轴电感；L
ds<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汉年，许萌，王书旺，徐开军，文爱鑫，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：