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基于全周期电感法的开关磁阻电机无位置传感器控制技术

2019-08-08 21:21:22      点击:
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2.1全周期电感的估计策略为获取各相的全周期电感信息,本文以一台功率变换器采用不对称半桥的12/8结构SRM样机为例进行说明。首先作如下假设:

(1)电机工作于空载或轻载模式,忽略磁路饱和。

(2)开关管工作在硬开关模式,即一相桥臂的开关管只有全开和全闭两种状态。

(3)SRM静止或带初始转速状态时,各相同时注入高频检测脉冲。

(4)SRM正常驱动运行时,导通相采用电流斩波控制,非导通相注入高频检测脉冲。

基于以上条件,当开关管开通时,电压方程可以表示为:

当开关管关断时,电流通过二极管续流,电压方程表示为:

由于开关管从开通到关断的时间间隔很短,相电流和相电感变化非常小且可以忽略不计。因此,可以忽略绕组电阻压降和反电动势在开关状态改变的区间中的变化。那么可以得到

由式(3)可知,假设母线电压给定,那么相电感与电流的上升和下降斜率差呈反比关系。图1给出了相电感估计的原理图。

文献[11-17]的起动方法中,在分析响应电流和相电感时,均直接忽略了绕组电阻压降以及运动反电动势的影响,使得位置估计的算法受到转速的限制,通常只能在转速极低时使用。与之相比,本文方法中,由于式(1)和式(2)相减间接地消除了反电动势和绕组电阻压降的影响,因此该方法不但可以有效地提高电感辨识精度,而且可以扩展该方法适应的转速范围。

2.2位置角-相电感数学模型

2.2.1理想电感曲线的分析

为指导三相电感分区策略和角度-电感数学模型的建立,首先对理想电感曲线进行简要分析。当不计磁路饱和影响时,相电感与电流大小无关,且不考虑边缘效应,则相电感随转子位置周期性变化的曲线如图2所示。图中,设不对齐位置为0°,对齐位置为22.5°,s和r分别为定、转子极弧度,1为转子齿极的前沿与定子磁极的后沿交接时的位置,2为转子齿极的前沿与定子齿极的前言交接处位置。在[0,1]区域,定、转子齿极无重叠,此时磁阻恒为最大并不随转子位置变化,因此电感保持在最小值附近;在[1,2]区域,定转子齿极逐步到完全重合,该区间的相电感近似线性上升直到最大;[2,22.5°]区域,定转子齿极重合,电感维持最大值。根据该原理,可以发现在电感底部区域[0,1]和顶部区域[2,22.5°]的电感变化不明显,而在[1,2]区域电感变化较大,为相电感上升区。根据定转子齿极位置以及其几何关系,可以得到1和2位置,分别为