高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法技术

本发明专利技术提出一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，可以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。本发明专利技术不需要径向位移传感器，通过电机本身的电流和电压信号即可实现转子在零速和低速情况下的悬浮控制，能够有效降低电机制造成本，提高控制系统可靠性。提高控制系统可靠性。提高控制系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法


[0001]本专利技术属于无轴承磁通切换电机控制
，尤其涉及一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法。

技术介绍

[0002]定子永磁型磁通切换电机永磁体仅放置于定子侧，转子仅由硅钢片堆叠而成，无永磁体和绕组，可以有效避免永磁体因温升导致的退磁风险，具有转矩密度高、工作效率高、转子运行鲁棒性强、适宜高速运行等优点。但由于电机转子采用机械轴承支撑，机械摩擦限制了转子转速的提高，并且轴承润滑会导致污染等问题。
[0003]为了克服机械轴承支撑带来的不利问题，将无轴承技术引入该电机中，从而构成无轴承磁通切换电机。为了实现转子径向悬浮，需要通过定子绕组产生定子电流调制定子和转子之间的气隙磁场，用来打破气隙中的平衡磁场，从而产生满足转子径向悬浮的悬浮力。为了产生转子悬浮力，同时又能借用原有的三相绕组线圈，把原有的三相绕组拆分为对称六相绕组，利用空间对称绕组中流过同方向的悬浮电流分量，产生满足转子悬浮需要的悬浮力，从而构成六相单绕组无轴承磁通切换电机。该方法有利于电机输出转矩能力的充分发挥。
[0004]在无轴承磁通切换电机运行过程中，对径向位移的准确检测是电机稳定运行的关键环节，通常在电机端部安装机械传感器获得转子切向位置和径向位移信号，再将两种信号用于控制电机旋转和悬浮。但是在电机中安装机械传感器阻碍了电机可靠性运行和集成化发展，限制了临界转速的提高，增加了系统制造成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术提出一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，以解决电机在无转子径向位移传感器情况下转子径向位移估计及其控制问题。其在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，可以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。本专利技术不需要径向位移传感器，通过电机本身的电流和电压信号即可实现转子在零速和低速情况下的悬浮控制，能够有效降低电机制造成本，提高控制系统可靠性。
[0006]本专利技术具体采用以下技术方案：
[0007]一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其特征在于：
[0008]在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子
径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。
[0009]进一步地，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：获取六相定子电流i
A
～i
F
，时间t，设置注入高频电流信号频率ω
h
，计算高频信号角度θ
h
：
[0011]θ
h
＝ω
h
·
t；
[0012]步骤S2：利用步骤S1得到的高频信号角度θ
h
计算高频脉振电流：
[0013][0014]其中，I
m
为注入高频电流信号幅值；
[0015]步骤S3：利用步骤S2得到的αT轴高频脉振电流信号i
αTh
和βT轴高频脉振电流信号i
βTh
，根据转矩平面基波电流给定和计算转矩平面电流给定和
[0016][0017]步骤S4：利用步骤S3得到的转矩平面电流给定和根据悬浮平面电流给定和零序电流给定和计算六相定子电流给定
[0018][0019]其中，i
o1*
＝0，i
o2*
＝0；
[0020]步骤S5：将利用步骤S4得到的六相电流给定及步骤S1获取的六相定子电流i
A
～i
F
通过电流闭环控制器得到逆变器开关信号S
A
～S
F
，从而实现在电机运行时向电机绕组中注入高频电流信号i
αTh
和i
βTh
；
[0021]步骤S6：检测E、B、C、F相绕组端电压u
E
、u
B
、u
C
、u
F
；
[0022]步骤S7：通过加法器得到空间对称绕组EB相高频电压之和u
EB
，CF相高频电压之和u
CF
，再经过中心频率为ω
h
的带通滤波器得到角频率为ω
h
的空间对称绕组EB相高频电压之和u
EBh
，CF相高频电压之和u
CFh
：
[0023][0024]其中，BPF(
·
)表示带通滤波器；
[0025]步骤S8：将利用步骤S7得到的空间对称绕组EB相高频电压之和u
EBh
，CF相高频电压之和u
CFh
乘以单位正弦信号s＝cos(ω
h
t)，得到空间对称绕组EB相高频电压之和的两倍频分量u
eEBh
，CF相高频电压之和的两倍频分量u
eCFh
：
[0026][0027]步骤S9：将利用步骤S8得到的空间对称绕组EB相高频电压之和的两倍频分量u
eEBh
，CF相高频电压之和的两倍频分量u
eCFh
分别通过截止频率为0.2ω
h
的低通滤波器得到空间对称绕组EB相高频电压之和的直流分量u
LEBh
，空间对称绕组CF相高频电压之和的直流分量u
LCFh
：
[0028][0029]其中，LPF(
·
)表示低通滤波器；
[0030]步骤S10：利用步骤S9得到的空间对称绕组EB相高频电压之和的直流分量u
LEBh
，将空间对称绕组CF相高频电压之和的直流分量u
LCFh
分解至两相静止坐标系中，得到α轴高频电压分量u
Lαh
和β轴高频电压分量u
Lβh
：
[0031][0032]步骤S11：利用步骤S10得到的α轴高频电压分量u
Lαh
和β轴高频电压分量u
Lβh
，估计出转子径向位移x与y为：
[0033][0034]其中，
[0035][0036]其中，M为偏差自电感，a和b为电感系数。
[0037]进一步地，在步骤S3中，转矩平面基波电流给定和由给定转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其特征在于：在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。2.根据权利要求1所述的高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：获取六相定子电流i
A
～i
F
，时间t，设置注入高频电流信号频率ω
h
，计算高频信号角度θ
h
：θ
h
＝ω
h
·
t；步骤S2：利用步骤S1得到的高频信号角度θ
h
计算高频脉振电流：其中，I
m
为注入高频电流信号幅值；步骤S3：利用步骤S2得到的αT轴高频脉振电流信号i
αTh
和βT轴高频脉振电流信号i
βTh
，根据转矩平面基波电流给定i
αTf*
和i
βTf*
，计算转矩平面电流给定i
αT*
和i
βT*
：步骤S4：利用步骤S3得到的转矩平面电流给定i
αT*
和i
βT*
，根据悬浮平面电流给定i
αS*
和i
βS*
，零序电流给定i
o1*
和i
o2*
，计算六相定子电流给定i
A*
～i
F*
：其中，i
o1*
＝0，i
o2*
＝0；步骤S5：将利用步骤S4得到的六相电流给定i
A*
～i
F*
，及步骤S1获取的六相定子电流i
A
～i
F
通过电流闭环控制器得到逆变器开关信号S
A
～S
F
，从而实现在电机运行时向电机绕组中注入高频电流信号i
αTh
和i
βTh
；
步骤S6：检测E、B、C、F相绕组端电压u
E
、u
B
、u
C
、u
F
；步骤S7：通过加法器得到空间对称绕组EB相高频电压之和u
EB
，CF相高频电压之和u
CF
，再经过中心频率为ω
h
的带通滤波器得到角频率为ω
h
的空间对称绕组EB相高频电压之和u
EBh
，CF相高频电压之和u
CFh
：其中，BPF(
·
)表示带通滤波器；步骤S8：将利用步骤S7得到的空间对称绕组EB相高频电压之和u
EBh
，CF相高频电压之和u
CFh
乘以单位正弦信号s＝cos(ω
h
t)，得到空间对称绕组EB相高频电压之和的两倍频分量u
eEBh
，CF相高频电压之和的两倍频分量u
eCFh
：步骤S9：将利用步骤S8得到的空间对称绕组EB相高频电压之和的两倍频分量u
eEBh
，CF相高频电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，陈垚，杨公德，屈艾文，钟天云，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：