一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑制方法技术

一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑制方法。本发明专利技术通过对电励磁双凸极电机（DSEM）转矩分量的计算和分析，得到齿槽转矩对转矩脉动的影响。分析了励磁电流对转矩脉动的影响，提出了励磁电流补偿的控制策略。根据齿槽转矩的变化规律和总转矩在各个分区内的分布情况的不同，励磁电流在换向过程中进行分区补偿以抵消换相过程中的转矩下降。将单个电周期的不同区段进行划分，针对不同分区提出不同的励磁电流补偿方法。本发明专利技术能够实现减小齿槽转矩引起的转矩脉动。槽转矩引起的转矩脉动。槽转矩引起的转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】
一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑制方法


[0001]本专利技术属于电气控制领域，特别涉及一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑制方法。

技术介绍

[0002]电励磁双凸极电机采用励磁绕组代替电机永磁结构，使电机结构和制造工艺都非常简单，可靠性高、成本低，特别适用于高速运行。电励磁双凸极电机具有较强的环境适应能力和较宽的转速范围。因此，电励磁双凸极电机是一种具有竞争力的构成新型航空无刷直流起动/发电系统的选项，成为近年来的研究热点之一。
[0003]然而，由于存在转矩脉动大的缺点，限制了电励磁双凸极电机运用的范围。造成电励磁双凸极电机转矩脉动过大有多方面的原因，包括电磁因素、电流换向、齿槽效应及电枢反应等。其中，齿槽转矩是造成电励磁双凸极电机转矩脉动较大的主要原因之一。目前对于控制励磁电流进而控制齿槽转矩的研究相对缺乏，针对齿槽转矩的补偿控制研究具有实际的应用需求。
[0004]经检索，中国专利申请号为CN114665771A的专利，公开了一种电励磁双凸极电机转矩脉动抑制方法，能够抑制换相期间现有的直接瞬时转矩控制方法电机出力不足导致的转矩脉动问题。其技术方案为：控制流程包括电机参数的采集与计算、将参数分别入转速调节器以及转矩观测器，将计算结果的差值与转矩控制误差进行比较，从而优化控制。其中，电机参数采集与计算是采集三相电枢绕组的相电流i
a
、i
b
、i
c
以及励磁电流流i
f ,计算电机转子位置θ、实际转速n；将参考转速n
ref
与实际转速n作差后送入转速调节器，得到转矩给定值T
ref
，再将电机参数输入转矩观测器对转矩进行观测，得到转矩反馈值T
e
，用T
ref
减去T
e
得到转矩控制误差T
e_err
；最终将转矩控制误差T
e_err
与转矩控制误差阈值T
G
进行比较：若T
e_err
≥T
G
，则通过各相电枢电流以及励磁电流共同调节目标电励磁双凸极电机的转矩；若T
e_err
＜T
G
，则仅通过各相电枢电流调节目标电励磁双凸极电机的转矩。从而解决直接瞬时转矩控制方法电机出力不足导致的转矩脉动。本专利技术是以减小转矩脉动，特别是由齿槽转矩所引起的部分，分析各转矩组成以及影响因素，基于励磁电流的分区补偿控制，构建基于电励磁双凸极电机有限元模型的励磁电流分区补偿控制系统，从而实现减小转矩脉动的优化目标。与本专利技术对比，减小转矩脉动方法，不同之处在于：1.本专利技术通过保持转速不变、使用滞环控制使相电流保持在固定的值，采集电机的轴上转矩，齿槽转矩，对参数进行计算和分析；2.本专利技术是根据电机齿槽转矩的变化规律，将电周期划分多个区间；3.根据分区提出相应励磁电流补偿的控制策略，在需要提高励磁电流的区间，提升不对称H桥占空比；在需要降低励磁电流的区间，采用PI控制。综上，本专利技术与电励磁双凸极电机转矩脉动抑制方法有着本质的不同。

技术实现思路

[0005]为了解决问题，本专利技术提出了一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑
制方法，能够以减小转矩脉动，特别是齿槽转矩引起的部分，分析了转矩的组成以及各组成的影响因素，励磁电流对转矩脉动的影响，通过励磁电流的分区补偿控制实现了利用齿槽转矩对总转矩进行分区补偿的效果，有效减小了电励磁双凸极电机的转矩脉动。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑制方法，具体步骤如下：S1、保持电励磁双凸极电机的运行工况不变，指保持转速不变、使用滞环控制使相电流保持在固定的值，采集电机的轴上转矩，指利用安装在电机轴上的转矩传感器对电机转矩进行采集；S2、保持电励磁双凸极电机的运行工况不变，采集电机的齿槽转矩，对电励磁双凸极电机转矩分量进行计算和分析，得到齿槽转矩对转矩脉动的影响；S3、根据电机齿槽转矩的变化规律，将一个电周期划分为齿槽转矩为正的区间和齿槽转矩为负的区间；S4、将上述步骤S3中的分区与总转矩进行对比，进行进一步的分区，将总转矩分为上升区和下降区，并将每个上升区再细分为两个部分，其中，前半部分持续θr
°
且齿槽转矩大于零；后半部分齿槽转矩小于零，并根据分区提出相应的补偿策略；具体为当总转矩需要提高的时候，如果齿槽转矩为负则降低励磁电流，如果齿槽转矩为正则提升励磁电流；在总转矩需要降低的时候，如果齿槽转矩为负则提升励磁电流，如果齿槽转矩为正则降低励磁电流;S5、根据上述步骤的分区结果，在每个区间当中根据降低转矩脉动的需要，对励磁电流进行控制，当齿槽转矩需要提升时，则升高励磁电流，通过提升不对称H桥占空比实现励磁电流的提高；S6、在剩余需要降低励磁电流的区间，通过PI控制使励磁电流整体平均值与励磁电流滞环控制方法一致，PI控制的这部分区间的占空比会低于励磁电流滞环控制方法的平均占空比，并且提升区间的占空比会高于励磁电流滞环控制方法的平均占空比，使得总体占空比与传统控制方式一致，即励磁电流平均值保持一致。
[0007]作为本专利技术进一步改进，所述步骤S1具体步骤如下，保持电励磁双凸极电机的运行工况不变，所述采集电机轴上转矩，电励磁双凸极电机的总转矩以及各个转矩分量的计算公式如下：电机转矩进行L
x
为绕组自感，i
x
为相电流或励磁电流，L
xf
为电枢与励磁绕组之间的互感，电励磁双凸极电机的转矩T
e
是磁阻转矩T
pr
，齿槽转矩T
fr
,和励磁转矩T
pf
的总和，由
于换相区间相电流幅值较小，导致磁阻转矩与励磁转矩较小，造成了换相区间总转矩的大幅下降，总转矩主要由齿槽转矩决定，成为了电励磁双凸极电机的转矩脉动较大的一个原因。
[0008]作为本专利技术进一步改进，所述步骤S3中，所述齿槽转矩的计算公式如下：式中，T
fr
为齿槽转矩，i
f
为励磁电流值，L
f
为励磁自感。由于励磁电流始终为正且稳定，齿槽转矩主要受励磁自感变化率的影响。因此根据励磁电感变化率的正负进行分区。
[0009]作为本专利技术进一步改进，所述步骤S6中，所述励磁电流滞环控制具体为，不对称H桥上的功率管的控制信号的占空比由设定的参考励磁电流和实际反馈励磁电流通过PI控制器计算得到。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术利用电励磁双凸极可控整流发电系统分析了转矩的组成及各组成的影响因素。分析了励磁电流对转矩脉动的影响，提出了励磁电流补偿的控制策略，以减小齿槽转矩引起的转矩脉动。
附图说明
[0011]图1是一种12/8结构电励磁双凸极发电机结构图；附图标记如下：1、定子；2、励磁绕组；3、转子；4、电枢绕组；图2是电励磁双凸极电机扭矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电励磁双凸极电机励磁电流分段补偿的转矩抑制方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、保持电励磁双凸极电机的运行工况不变，指保持转速不变、使用滞环控制使相电流保持在固定的值，采集电机的轴上转矩，指利用安装在电机轴上的转矩传感器对电机转矩进行采集；S2、保持电励磁双凸极电机的运行工况不变，采集电机的齿槽转矩，对电励磁双凸极电机转矩分量进行计算和分析，得到齿槽转矩对转矩脉动的影响；S3、根据电机齿槽转矩的变化规律，将一个电周期划分为齿槽转矩为正的区间和齿槽转矩为负的区间；S4、将上述步骤S3中的分区与总转矩进行对比，进行进一步的分区，将总转矩分为上升区和下降区，并将每个上升区再细分为两个部分，其中，前半部分持续θr
°
且齿槽转矩大于零；后半部分齿槽转矩小于零，并根据分区提出相应的补偿策略；具体为当总转矩需要提高的时候，如果齿槽转矩为负则降低励磁电流，如果齿槽转矩为正则提升励磁电流；在总转矩需要降低的时候，如果齿槽转矩为负则提升励磁电流，如果齿槽转矩为正则降低励磁电流;S5、根据上述步骤的分区结果，在每个区间当中根据降低转矩脉动的需要，对励磁电流进行控制，当齿槽转矩需要提升时，则升高励磁电流，通过提升不对称H桥占空比实现励磁电流的提高；S6、在剩余需要降低励磁电流的区间，通过PI控制使励磁电流整体平均值与励磁电流滞环控制方法一致，PI控制的这部分区间的占空比会低于励磁电流滞环控制方法的平均占空比，并且提升区间的占空比会高于励磁电流滞环控制方法的平...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴承岳，许彦武，闵桂露，丁树业，孙明宇，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：