一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法。由于开关磁阻电机的非线性与饱和性，开关磁阻电机建模需要使用其磁链和转矩特性数据。使用转矩平衡法静态测试得到四条磁链曲线，在电机旋转时进行动态测试得到开关磁阻电机不饱和电感。基于以上测试得到的曲线进行拟合计算得到开关磁阻电机所有位置与电流下的磁链和转矩特性，完成建模。所述建模方法能够有效提升转矩平衡法的精确度，降低转子位置固定法的复杂度。降低转子位置固定法的复杂度。降低转子位置固定法的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法


[0001]本专利技术涉及一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法，属于电机控制领域。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机结构简单，转子无永磁体及绕组，转矩由定、转子间气隙磁阻变化产生。调速范围宽、可靠性高、适用于恶劣环境等优点，使其具有广阔的应用前景。然而，双凸极结构及磁路饱和特性，导致很难通过常规电磁和物理特性推导获得其精确的非线性数学模型，因此需要使用开关磁阻电机磁链特性建立其数学模型。目前开关磁阻电机磁链特性测试方法有两种：直接法与间接法。直接法是使用固定在电机上的磁链传感器直接测量磁链特性，该方法成本高误差大。间接法是通过测量电压与电流间接计算磁链，测试方法可分为两种：转子位置固定法与转矩平衡法。其中，转子位置固定法需要转子固定装置，测量电流与电压可得到每个位置的磁链特性。转矩平衡法是先通过给单相通电将转子旋转至对其位置，然后利用开关磁阻电机的对称结构，保持合转矩相同，给各相通入不同脉冲电压，可测量特殊位置的磁链特性。综上所述，转子位置固定法与转矩平衡法均有明显的缺点：转子位置固定法需要设计测量平台，测量成本高，耗时长，难以操作；转矩平衡法可得到磁链特性过少，拟合结果误差大。

技术实现思路

[0003]针对转子位置固定法实现成本高、操作繁琐以及转矩平衡法建模误差较大的缺陷，本专利技术提出了一种基于动静态测试的开关磁阻电机建模方法，通过转矩平衡法静态测试获得的特殊位置磁链特性，以及动态测量获得的开关磁阻电机不饱和电感，根据相电感与不饱和电感的关系，计算得到开关磁阻电机所有位置的磁链特性。技术方案如下：
[0004]步骤一：使用转矩平衡法，利用开关磁阻电机在对齐位置与非对齐位置转矩为零的特点，通过给各相通入不同的脉冲电压，获得0
°
,7.5
°
,15
°
和22.5
°
四个特殊位置电感特性。
[0005]步骤二：开关磁阻电机低速运行时，给非导通相注入脉冲电压，记录相绕组的电流波形。根据母线电压、开关管压降、二极管压降以及各相电流斜率计算非饱和电感，非饱和电感的计算由式(1)求解，结合所记录的相应位置信号，再根据电感的对称性得到开关磁阻电机不饱和电感特性。
[0006][0007]式中V
dc
、V
D
、V
T
、i
ph
分别表示直流母线电压、二极管压降、开关管压降、相电流。
[0008]步骤三：通过式(2)计算开关磁阻电机特殊角度，并将电感特性分为三个阶段。其中θ1表示开关磁阻电机的定子前沿与转子后沿重合时的转子位置，θ2表示开关磁阻电机的
定子前沿与转子前沿重合时的转子位置，θ
a
表示开关磁阻电机的定子与转子中心对齐时的转子位置，θ
hr
为转子前沿与定子中心线相重合时的转子位置，β
r
为转子极弧，β
s
为定子极弧，N
r
为转子极对数。
[0009][0010]步骤四：在0
°
＜θ＜θ1位置，认为相电感等于不饱和电感。
[0011]步骤五：在θ1＜θ＜θ
hr
位置，认为不饱和电感与相电感为线性关系，可使用一次函数对不饱和电感与相电感进行拟合，如式(3)。基于不饱和电感得到θ1到θ
hr
位置相电感。
[0012]L(θ)＝k(i)L
un
(θ,i)+L0(i)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0013]步骤六：在θ
hr
＜θ＜θ
a
位置，认为不饱和电感与相电感为二次关系，可使用二次函数对不饱和电感与相电感进行拟合，如式(4)。完成不饱和电感与相电感拟合后，基于不饱和电感数据与二次函数求根公式反解相电感数据，得到θ
hr
到θ2位置相电感。
[0014]L
un
(θ)＝a(i)L(θ,i)2+b(i)L(θ,i)+c(i)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0015]步骤七：整合上述步骤得到[0，θ
a
]的电感特性，根据开关磁阻电机电感特性的对称性可以得到完整的电感特性，由式(5)计算得到磁链特性，由式(6)计算得到转矩特性。
[0016]ψ
k
(θ,i
k
)＝L
k
(θ,i
k
)i
k
ꢀꢀꢀ
(5)
[0017][0018]其中，i
k
，T
k
，ψ
k
分别表示第k相绕组电流、转矩和磁链。
[0019]步骤八：基于步骤七得到的开关磁阻电机磁链和转矩特性，完成开关磁阻电机数学模型建立。
[0020]本专利技术的有益效果：
①
弥补了转矩平衡法精度误差过大的缺陷，能够得到较为精确的开关磁阻电机磁链和转矩特性；
②
测量过程操作简单，耗时短，成本低，能够实现开关磁阻电机建模。
附图说明
[0021]图1为转矩平衡法得到的四条磁链特性图。
[0022]图2为不饱和电感图。
[0023]图3为不饱和电感与相电感的关系曲线图。
[0024]图4为计算磁链与实验测试对比图。
[0025]图5为计算转矩与实验测试对比图。
[0026]图6为转速1560rpm，开关角5
°
，关断角15
°
电动状态下，相电流对比图。
[0027]图7为转速1000rpm，开关角30
°
，关断角40
°
发电状态下，相电流对比图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和具体实例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。实例所用电机为一个1kW三相12/8极开关磁阻电机。
[0029]步骤一：使用转矩平衡法，利用开关磁阻电机在对齐位置与非对齐位置转矩为零的特点，通过给各相通入不同的脉冲电压，获得0
°
，7.5
°
，15
°
，22.5
°
位置电感特性，如图1所示；相电感计算公式如式(7)所示。
[0030][0031]其中U为相电压，i为相电阻，R为绕组电阻。
[0032]步骤二：开关磁阻电机低速运行时，给非导通相注入脉冲电压，记录相绕组的电流波形和对应的位置信号。根据母线电压、开关管压降、二极管压降以及各相电流斜率计算非饱和电感，非饱和电感的计算由式(1)求解，结合所记录的相应位置信号，再根据电感的对称性得到开关磁阻电机不饱和电感特性。如图2所示。
[0033]步骤三：计算开关磁阻电机特殊角度，并将电感特性分为三个阶段，如图3所示。特殊角度的计算公式如式(2)所示。
[0034]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动静态测试的三相12/8极开关磁阻电机建模方法，其特征在于：使用转矩平衡法静态测试得到四条磁链曲线，在电机旋转时进行动态测试得到开关磁阻电机不饱和电感。基于以上测试得到的曲线进行拟合计算得到开关磁阻电机所有位置与电流下的磁链和转矩特性，完成建模。所述建模方法能够有效提升转矩平衡法的精确度，降低转子位置固定法的复杂度。该方法实现步骤如下：步骤一：使用转矩平衡法，利用开关磁阻电机在对齐位置与非对齐位置转矩为零的特点，通过给各相通入不同的脉冲电压，获得0
°
、7.5
°
、15
°
和22.5
°
四个特殊位置电感特性。步骤二：开关磁阻电机低速运行时，给非导通相注入脉冲电压，记录相绕组的电流波形。根据母线电压、开关管压降、二极管压降以及各相电流斜率计算非饱和电感，非饱和电感的计算由式(1)求解，结合所记录的相应位置信号，再根据电感的对称性得到开关磁阻电机不饱和电感特性。式中V
dc
、V
D
、V
T
、i
ph
分别表示直流母线电压、二极管压降、开关管压降、相电流。步骤三：通过式(2)计算开关磁阻电机特殊角度，并将电感特性分为三个阶段。其中θ1表示开关磁阻电机的定子前沿与转子后沿重合时的转子位置，θ2表示开关磁阻电机的定子前沿与转子前沿重合时的转子位置，θ
a
表示开关磁阻电机的定子与转子中心对齐时的转子位置，θ
hr
为转子前沿与定子中心线相重合时的转子位置，β
r
为转子极弧，β
s
为定子极弧，N
r
为转子极对数。步骤四：在0
°
＜θ＜θ1位置，认为相电感等于不饱和电感。步骤五：在θ1＜θ＜θ
hr
位置，认为不饱和电感与相电感为线性关系，可使用一次函数对不饱和电感与相电感进行拟合，如式(3)。基于不饱和电感得到θ1到θ
hr
位置相电感。L(θ)＝k(i)L
un
(θ,i)+L0(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛乐飞，程启原，钟继析，刘海洋，宋受俊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：