基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法课件.ppt

1、基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法主要内容 开关磁阻电机的介绍 基于自举电路的SRM检测方法 实验验证与分析 总结开关磁阻电机的介绍开关磁阻电机(SRM,switched reluctance motor)是双凸极可变磁阻电动机，其定转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成.转子既无绕组也无永磁体，定子极绕有集中绕组，径向相对的两个绕组连接起来形成一相，只需按照不同的相序通电即可实现正反转.定、转子极数有多种搭配，相数多，步距角小，有利于减小转矩脉动，但是主开关器件多，结构较复杂、成本高，常用的是8/6，,12/8结构主要优点：1.电机结构简单，可以高速运转2.功率电路简单可靠3.启动转矩大启

2、动电流低4.可频繁起停及正反向转换运行5.效率高损耗小 SRM的转子必须与电机磁场保持同步才能保证电机的正常运行，因此对转子位置信息的准确检测非常重要。使用霍尔效应传感器、槽形光耦、光电编码器及旋转变压器检测转子位置时将增加额外费用，降低系统的可靠性，增大电机所占的空间，且某些传感器(如增量式光电编码器)无法检测转子的初始位置，因此很多学者对无位置传感器进行了研究 由于开关磁阻电机转子初始角直接关系到旋转方向、启动电流及启动转矩等性能，开关磁阻电机初始角的无位置传感器检测在电机整个运行范围内都很重要 目前使用的一些无位置传感器检测方法，有的对电机的电感特性依赖较高、有的要求注入电流幅值足够小，

3、但这些诊断信号都是从电压较高的直流母线注入到绕组中，然而启动时，点击没有旋转反电势，电流变化速度较快.这对电流传感器、电流信号滤波器、A/D 转换器以及电流控制器的带宽提出了更高要求，增加了无位置传感器启动的成本和设计的复杂度。另外，由于电流脉冲宽度较窄，不能忽略集肤效应以及其他高频电流对电机磁路的影响基于自举电路的SRM检测方法 这里提出了一种基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法。在控制器启动时，通过向用于上桥臂IGBT 驱动的自举电容充电，比较各相充电电流幅值的方法确定电机转子位置。该方法不依赖电机的电感模型，无须电流闭环控制，对检测系统的带宽要求较低，同时能够保持较高的准确度自举电

4、路：右图给出利用自举电容作为上桥臂功率开关驱动电源的基本原理。图中Q1、Q2、D2 和D3 共同组成不对称半桥，VB 和VS 为上桥臂Q1 驱动电源的输入端。在启动电机前，打开Q2，电流通过二极管D1、限流电阻R1以及定子绕组向自举电容C1充电，如图中箭头所示，直至C1电压等于驱动电压VCC为止，关闭Q2，这时自举电容C1 就可以充当Q1驱动的悬浮电源。通过合理选择限流电阻和自举电容，充电电流峰值将随着电机电感的增加而减小，当定子与转子凸极正好相对时，电机电感最大基于自举电路的初始位置检测8/6极开关磁阻电机典型电感曲线一个电周期所对应的机械角度分成8个区域自举电路简化图VCC为驱动电源，R包

5、括限流电阻和相电阻，C为自举电容，L为相电感自举电容的充电过程可以看作为二阶电路的零状态响应。根据电路原理，设电容两端电压为uc，电流为i解得：当电流达到最大值电感为：位置的计算包括以下两步1.转子位置初步估计.根据不同相电感值差异把转子位置分成8个区域，根据电感值的比较确定转子初步位置表1为相电感大小比较与转子位置分布，由于电感在转子边界处变化不明显，受到A/D转换精度及电磁干扰(EMI)的影响，表2提供了非理想情况下的电感与转子位子关系2.精确的位置估计.在小电流情况下，从初始位置到对齐位置过程中，电感的变化基本是线性的，忽略非线性因素，电感的变化边界可以构成平行四边形，具体如下：为假设的

6、转子初始位置，Li为不同相电感值，Rn为区域编号奇数时：奇数时：工程应用的几个问题1.以上所有结论都是在磁路不饱和以及转子不发生移动的情况下得出，在选择限流电阻和自举电容时，要尽量满足在任何角度充电电流的峰值都不会造成磁路达到饱和，并且使转子保持静止状态2.电机正常工作时的电流要比充电电流大得多，而A/D 转换器的分辨率是有限的，实际应用中既要保证电机正常工作的电流不超过A/D 转换器的输出最大值，又要保证采样充电电流时由A/D 转换带来的误差足够小；因此在选择限流电阻和自举电容时，在满足上文所述条件的前提下，应该使充电电流峰值尽可能大3.自举电路的主要功能是为上桥臂功率开关的驱动提供电源，自

7、举电容和限流电阻的选择还与电机控制策略有关这种方法主要有以下特点：1.自举电路提供低压的诊断电流脉波，脉冲的宽度变大，边缘平滑，减小了位置检测系统对脉宽的限制，并且减小了电磁干扰和集肤效应2.不依赖于电机电感参数，不需要查表得知电感详细信息，也不需要电感的最大值和最小值3.无需额外的硬件设计，电流已经自动被自举电路限制，并且不需要电流控制器实验验证与分析实验平台150W，8/6极SRMMicrochip公司DSC芯片dsPic33FJ32MC302构建电机初始位置预测算法，芯片驱动电压15V限流电阻5.1自举电容100uF实际位置与估计位置误差分布产生误差主要原因：1.加工精度的问题。定子和转

8、子的尺寸都存在一定的误差，造成气隙的不平衡。与其他类型电机相比，开关磁阻电机的气隙较小，气隙的微小变化将会给电机的电感特性带来较大影响，尤其在磁路不饱和情况下。下图是自举电路测得的每相电感曲线，B相明显小于其他项，电感转折点也不再边界线上，特别是在45左右2.电机设计上，由于转子凸极要比定子凸极宽度稍宽，因此实际电感存在非线性，图中显示在极弧处误差变大，在单数边界线0、15、30、45处非线性比偶数处要明显另外假设转子和定子凸极宽度相等，在不同取值时也有明显的误差分布：转子位置在48时各相充电电流波形说明在自举电路方式时，电流宽度较大，减小了系统对电流宽度的限制自举电路型总线型宽度大更平滑高低频误差小总结这里提出了一种基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法，脉冲电流具有幅值低、宽度大的特点，减少了电流信号采集系统的带宽，降低了系统的电磁干扰，同时保证了电流脉冲注入过程中，电机不会发生转动，能够保证位置估计的精确性这种方法能够广泛适用于大规模生产中低消耗的SRM的控制器中谢谢！