[发明专利]12/8极三相开关磁阻电动机混合励磁电流控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及12/8极三相开关磁阻电动机的混合励磁控制方法，尤其是一种混合励磁方式下绕组续流的电流控制方法。

背景技术

现有开关磁阻电机(switched reluctance motor，SRM)与传统交直流电机比较，其结构简单、牢固，定转子均为凸极结构。转子凸极上既无绕组也无永磁体，定子凸极上绕有集中励磁绕组。开关磁阻电机在低速运行时，绕组通过较小的电流便可产生较大的电磁转矩，这一特征使其适用于频繁起停、正反转的场合。

现有开关磁阻电机的励磁方式常为单相励磁，以12/8极三相开关磁阻电机为例，一个转子极矩角周期为45°，每相绕组在单相励磁模式下导通周期为15°。开关磁阻电机起动或低速运行时，在单相励磁模式下，相同的起动电流便可产生比交直流电机大的起动转矩。但是，在一些工业应用场合，有时需要驱动系统在更大的负载情况下起动，开关磁阻电机运行在单相励磁模式时，输出的电磁转矩仍不足以使电机正常起动。在这种情况下，很多工业场合往往采用增加驱动系统的装机容量来满足起动性能要求，当电机起动完成之后，系统正常运行并不需要那么大的容量，存在大马拉小车现象，使系统效率下降；另一方面，由于开关磁阻电机特殊的换相方式，使得电机在换相瞬间，存在转矩突变的情况，造成了转矩脉动严重的问题，影响了开关磁阻电机在工业场合的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种12/8极三相开关磁阻电机的单双相混合励磁模式控制方法，尤其是混合励磁过程中的电流控制方法，以期使电机在负载能力和转矩脉动方面的性能得以改善，实现开关磁阻电机在煤矿行业、纺织工业、石油开采等一些需要重载起动，频繁起停、正反转领域的应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的。

一种12/8极三相开关磁阻电动机混合励磁电流控制方法，其所述方法是将每相绕组的导通周期由1/3转子角周期的15°延长至1/2转子角周期的22.5°，所述22.5°为三个阶段：每相绕组在导通的前7.5°，前一相绕组处于零压续流状态，两相绕组同时导通是双相励磁阶段；每相绕组导通的中间7.5°只有该相绕组导通，是单相励磁阶段；每相绕组导通的后7.5°，开始零压续流，下一相绕组开始通电，两相绕组同时导通是双相励磁阶段，实现单双相混合励磁控制。

上述发明的开关磁阻电机功率变换电路为不对称半桥型电路。每相绕组由上下两个开关器件控制，每个开关器件反并联一个二极管。通过控制与各相绕组相连的两个主开关器件的开通与关断，每相绕组有：正压、零压、反压三种状态，根据转矩的计算公式：可得以下结论：当电机运行在电动状态时，为增大电机输出的电磁转矩，应使电机各相绕组电流在其电感上升之前达到较大值，在电感开始下降之前降为零。传统的开关磁阻电机绕组导通方式为：当电机转子凹槽中心轴线与定子凸极中心轴线对齐时(定义为0°)，相绕组电感最小，开通与相绕组连接的主开关器件，绕组电流上升很快，在电感上升之前达到给定值，当电机转子转过一个步进角(15°)后，关断与相绕组连接的主开关器件，此时绕组相电感仍处于上升区，绕组电流下降很快。在绕组导通阶段，对绕组电流进行斩波控制。本专利提出的电流控制方法在主开关器件开通时与传统控制方法一样，当电机转子转过一个步进角之后，由于相绕组电感仍处于上升区，所以本专利在电机转子转过一个步进角之后，采用零压续流的方法对绕组电流进行控制，使绕组电流下降速度变慢，在此阶段继续产生正向电磁转矩。当电机转子再转过7.5°时，相绕组电感基本达到最大值，关断与绕组相连的主开关器件，使绕组电流迅速下降，在电感下降前降为零，避免产生负向电磁转矩。

一方面，通过每相绕组多导通1/6转子角周期，使处于电感上升区的绕组电流缓慢下降，产生的电磁转矩可补偿下一相绕组电流建立过程中电磁转矩的不足，避免了绕组换相过程中，转矩突变引起的转矩脉动；另一方面，忽略绕组间互感的影响，认为总电磁转矩为各相电磁转矩的代数和，采用零压续流使绕组电流缓慢下降期间产生的电磁转矩在一定程度上增加了电机的总电磁转矩，提高了电机的带载能力。

附图说明

图1是本发明12/8极开关磁阻电机定转子结构示意图。

图2是本发明不对称半桥型功率变换电路。

图3是本发明SRM的正压工作状态。

图4是本发明SRM的零压工作状态。

图5是本发明SRM的反压工作状态。

图6是本发明准线性模型下的开关磁阻电机相电感与定转子相对位置的对应关系。