一种双凸极发电机无位置控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公布了一种适用于铜损最小的电流优化控制下的双凸极发电机转子位置辨识方法，该方法具体包括如下步骤：在铜损最小的电流优化控制的电励磁双凸极发电机基础上，利用双凸极发电机转子极滑入相的磁路不饱和的特性，采用相绕组电流和母线电压计算相绕组磁链，并进一步计算相电感，最后通过相电感获得位置信号，从而实现对电励磁双凸极发电机的无位置传感器控制。感器控制。感器控制。

【技术实现步骤摘要】
一种双凸极发电机无位置控制系统及方法


[0001]本专利技术属于电力驱动
，尤其涉及一种适用于铜损最小的电流优化控制下的双凸极发电机转子位置辨识方法。

技术介绍

[0002]直流电机、同步电机和异步电机一般是利用通电导体在磁场中受力的原理运动的，磁阻类电机作为一类特殊的电机，它是利用磁阻最小定理，借助定子和转子的凸极结构产生磁阻转矩所工作的电机。开关磁阻电机和双凸极电机均属于磁阻类电机。
[0003]开关磁阻电机定转子均为凸极结构，结构简单，能在恶劣的环境下可靠运行的优点，在风力发电、电车驱动、航空航天以及家用电器等领域被广泛应用。
[0004]双凸极电机是在开关磁阻电机的基础上，在定子上添加永磁磁钢或者直流励磁绕组，根据励磁方式的不同，也可以分为永磁双凸极电机、电励磁双凸极电机和混合励磁双凸极电机。
[0005]在双凸极电机构成的起动发电系统中，起动阶段电动运行时的换相、发电阶段PWM整流发电运行时的电机转速检测均需要准确的转子位置信息。传统双凸极电机系统中一般通过安装机械式位置传感器获取转子位置信息，主要包括有光电式、霍尔式、旋转变压器等。前两类位置传感器分别通过检测光信号、磁信号检测转子位置，易受到高温、振动的影响，易发生故障，不适用于航空起动发电的恶劣工作环境。旋转变压器适用于恶劣工况，可靠性高，但是其加工装配复杂，体积大，降低了起动发电系统的功率密度。由此可见，起动发电系统中机械位置传感器的安装一方面增加了系统的体积和成本、降低功率密度，另一方面其在航空高温高压、振动等恶劣环境中极易发生故障，降低了系统的可靠性。
[0006]无位置传感器技术通过检测电机运行时的电压、电流、磁链等物理量进行电机转子位置估计，该技术能够摒弃系统的机械位置传感器，减小电机驱动系统体积和成本，增大功率密度，提高系统的可靠性，因此得到了众多学者的广泛关注。
[0007]目前关于双凸极电机的无位置传感器控制方法尚处于起步阶段，根据转速适用范围，可以分为初始转子位置估计技术、低速无位置传感器技术和中高速无位置传感器控制技术。针对电励磁双凸极电机初始位置估计方法主要有脉冲注入法、励磁建压过程中的初始位置检测法；针对低速无位置传感器方法目前主要为脉冲注入法；而针对电机在中高速运行时，主要的无位置传感器控制方法有：反电势检测法、磁链检测法、观测器法、以及其他附加元件法。
[0008]周兴伟等公开的“基于中性点的电励磁双凸极电机无位置传感器换相方法”(中国，公开号：110829907A)将电机中性点电压与母线中点电压作差计算得到无位置传感器换相控制用的特征量，与无位置传感器换相阀值进行大小比较估计转子所在扇区，并确定当前导通相实现无位置传感器运行。
[0009]刘伟峰等公开的“基于线磁链的三相电励磁双凸极电机无位置传感器方法”(中国，公开号：106100499A)专利通过线
‑
线磁链特征量的过零点确定换相点信息。
[0010]陈旭等公开的“一种基于脉冲响应的混合励磁双凸极电机无位置控制方法”(中国，公开号：113037178A)通过检测非导通相的脉冲响应并与设定阈值比较获取换相点。
[0011]上述的控制方法需要添加额外的电压传感器或者改变原有的控制方式、加入脉冲控制，增加了系统的复杂度；且均仅能得到有限个数的特征位置点，不能得到具体的电机实时位置，需要配合锁相环等才能实现双凸极电机的提前角控制。本专利技术在原有铜损最小的电流优化控制的基础上，在没有添加额外硬件且不需要注入脉冲，也不需要借助锁相环，就能够计算电机连续的实时位置，便于实现提前角控制。

技术实现思路

[0012]专利技术目的：为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种电励磁双凸极发电机无位置控制系统及方法，只需要一个电压传感器，即能够获得连续的转子位置，便于实现提前角控制。
[0013]一种双凸极电机无位置控制系统，包括双凸极电机，还包括励磁电流检测模块、滞环比较模块、位置信号估计模块、励磁驱动模块、驱动逻辑运算模块、PI调节模块、电枢电流检测模块和电流分配模块；其中，双凸极电机的发电机绕组与PWM整流器的交流侧连接，得到PWM整流器输出电压；通过所述励磁电流检测模块、电枢电流检测模块分别检测得到实时的励磁电流和电枢电流；位置信号估计模块基于实时的电枢电流、励磁电流和PWM整流器输出电压计算得到转子实时位置θ；PI调节模块基于PWM整流器输出电压与预设电压得到励磁电流参考值，并将该励磁电流参考值输入电流分配模块，得到电枢电流参考值；滞环比较模块分别比较励磁电流的参考值与实时值、电枢电流的参考值与实时值，得到斩波信号；驱动逻辑运算模块和励磁驱动模块基于斩波信号和转子实时位置θ得到PWM整流器桥臂开关管的控制信号和励磁电流的控制信号，实现双凸极电机的控制。
[0014]作为优选，电枢电流包括电枢正向电流、电枢负向电流，所述电枢电流参考值包括电枢正向电流参考值、电枢负向电流参考值，将电枢正向、负向电流与电枢正向、负向电流参考值分别比较，通过所述驱动逻辑运算模块产生驱动，分别控制PWM整流器桥臂的上、下管驱动信号。
[0015]本专利技术还公开了一种双凸极电机无位置控制方法，包括以下步骤：步骤1：实时采集双凸极电机的相电流和PWM整流器输出电压信号U
o
，结合PWM整流器控制信号计算相绕组磁链；采集实时励磁电流i
f
和实时电枢电流i
x
，结合所述相绕组磁链计算得到相绕组电感L
x
；步骤2：依次得到各相绕组电感L
x
并由此得到位置信息转子实时位置θ；步骤3：比较PWM整流器输出电压与预设电压得到励磁电流参考值，并基于该励磁电流参考值得到电枢电流参考值；步骤4：比较电枢电流的参考值与实时值，得到斩波信号P；比较励磁电流的参考值与实时值得到励磁电流变换器控制信号P
f
；步骤5：将斩波信号P与转子实时位置θ进行逻辑运算得到桥臂开关管的控制信号C；将励磁电流变换器控制信号P
f
输入励磁调节器，实现励磁电流的控制。
[0016]作为优选，步骤1包括以下步骤：步骤1.1，计算相绕组磁链：ψ
x
＝∫(U
x
‑
i
x
·
R
x
)dt+ψ0，其中，ψ
x
是双凸极电机第x相的磁链，i
x
是第x相的电枢电流，R
x
是绕组电阻，U
x
是双凸极电机第x相绕组端部电压，ψ0是相绕组磁链初始值；步骤1.2，计算相绕组电感L
x
：
其中，k是励磁绕组与相绕组之间的匝比，N
f
为励磁绕组匝数，N
x
是相绕组匝数；步骤1.3，基于步骤1.2得到的电感值判断位置表示是否正确，若不正确则进行修正。
[0017]作为优选，步骤1.1中，对于互补控制的H桥拓扑，当绕组上通有电流时，U<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双凸极电机无位置控制系统，包括双凸极电机，其特征在于，还包括励磁电流检测模块、滞环比较模块、位置信号估计模块、励磁驱动模块、驱动逻辑运算模块、PI调节模块、电枢电流检测模块和电流分配模块；其中，双凸极电机的发电机绕组与PWM整流器的交流侧连接，得到PWM整流器输出电压；通过所述励磁电流检测模块、电枢电流检测模块分别检测得到实时的励磁电流和电枢电流；所述位置信号估计模块基于实时的电枢电流、励磁电流和PWM整流器输出电压计算得到转子实时位置θ；所述PI调节模块基于PWM整流器输出电压与预设电压得到励磁电流参考值，并将该励磁电流参考值输入电流分配模块，得到电枢电流参考值；所述滞环比较模块分别比较励磁电流的参考值与实时值、电枢电流的参考值与实时值，得到斩波信号；所述驱动逻辑运算模块和励磁驱动模块基于斩波信号和转子实时位置θ得到PWM整流器桥臂开关管的控制信号和励磁电流的控制信号，实现双凸极电机的控制。2.根据权利要求1的双凸极电机无位置控制系统，其特征在于，电枢电流包括电枢正向电流、电枢负向电流，所述电枢电流参考值包括电枢正向电流参考值、电枢负向电流参考值，将电枢正向、负向电流与电枢正向、负向电流参考值分别比较，通过所述驱动逻辑运算模块产生驱动，分别控制PWM整流器桥臂的上、下管驱动信号。3.一种双凸极电机无位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：实时采集双凸极电机的相电流和PWM整流器输出电压信号U
o
，结合PWM整流器控制信号计算相绕组磁链；采集实时励磁电流i
f
和实时电枢电流i
x
，结合所述相绕组磁链计算得到相绕组电感L
x
；步骤2：依次得到各相绕组电感L
x
并由此得到位置信息转子实时位置θ；步骤3：比较PWM整流器输出电压与预设电压得到励磁电流参考值，并基于该励磁电流参考值得到电枢电流参考值；步骤4：比较电枢电流的参考值与实时值，得到斩波信号P；比较励磁电流的参考值与实时值得到励磁电流变换器控制信号P
f
；步骤5：将斩波信号P与转子实时位置θ进行逻辑运算得到桥臂开关管的控制信号C；将励磁电流变换器控制信号P
f
输入励磁调节器，实现励磁电流的控制。4.根据权利要求3的双凸极电机无位置控制方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：步骤1.1，计算相绕组磁链：ψ
x
＝∫(U
x
‑
i
x
·
R
x
)dt+ψ0，其中，ψ
x
是双凸极电机第x相的磁链，i
x
是第x相的电枢电流，R
x
是绕组电阻，U
x
是双凸极电机第x相绕组端部电压，ψ0是相绕组磁链初始值；步骤1.2，计算相绕组电感L
x
：其中，k是励磁绕组与相绕组之间的匝比，N
f
为励磁绕组匝数，N
x
是相绕组匝数；步骤1.3，基于步骤1.2得到的电感值判断位置表示是否正确，若不正确则进行修正。
5.根据权利要求4的双凸极电机无位置控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：封成双，陈志辉，李振富，马昕晨，秦海鸿，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：