一种降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电机控制方法，特别是一种降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电 流的控制方法。
【背景技术】
[0002] 定子永磁型磁通切换同步电机将激磁用的永磁体嵌放在定子铁屯、中，更加方便了 永磁体热量的散发；解决该种电机无轴承技术问题，可W将该种电机有效拓展至高速、大容 量、无污染等领域。
[0003] 定子永磁型无轴承同步电机的转子悬浮力可W采用六相绕组共同产生，每一相绕 组流过电流产生的悬浮力，除了与电流大小有关外，还与转子位置有关。若绕组中流过较大 的悬浮电流，会产生电流尖峰，影响转子悬浮运行的平稳性。
[0004] 现有技术中定子永磁型无轴承同步电机转子悬浮控制方法，采用六相星型单绕组 结构，利用机械空间对称的两相绕组流过悬浮电流，打破电机机械对称气隙中磁场的平衡， 从而产生所需要的转子悬浮力，悬浮电流非独立控制。显然，任何瞬时六相绕组均流过电 流，转子悬浮力由六相绕组共同产生。每一相绕组流过单位正电流产生的悬浮力系数，与转 子位置有关。当某相绕组的悬浮力系数接近于零时，若仍然要求该相输出一定的悬浮力，贝U 必然要在该相绕组中流过较大的悬浮电流，从而产生了电流尖峰。过大的尖峰电流对于有 限电流容量的电机是不允许的，而且有限的变换器功率管电流容量也限制了流过绕组中电 流尖峰值。
【发明内容】
[0005] 为解决现有的悬浮电流非独立控制方法中出现的悬浮电流尖峰难题，进一步改善 定子永磁型同步电机无机械轴承支撑时转子悬浮控制的稳定性。本发明提出一种降低无轴 承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法。
[0006] 本发明采用W下技术方案实现；一种降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控 制方法，提供一定子永磁型无轴承电机，其特征在于：包括W下步骤：步骤SOI;提供悬浮力 系数计算模块、扇区判断环节、电流控制器及悬浮电流给定计算环节；步骤S02 ;将所述电 机转子电角度et送给所述悬浮力系数计算模块，由所述悬浮力系数计算模块计算所述电 机各绕组的悬浮力系数；步骤S03 ;将所述电机转子电角度0t送给所述扇区判断环节，所 述扇区判断环节输出扇区编号；步骤S04 ;将X轴悬浮力给定片、y轴悬浮力给定与U悬浮 力系数及扇区编号同时送给悬浮电流给定计算环节，由所述悬浮电流给定计算环节同时输 出各绕组悬浮电流给定值；步骤S05 ;由所述电流控制器实现实际悬浮电流跟踪各自给定 值，W产生转子悬浮所需要的悬浮力。
[0007] 在本发明一实施例中，所述电机为双绕组电机；其包括31、32、61、62、(：1、〇2绕组。 [000引在本发明一实施例中，所述电机为单绕组电机，包括al、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、 cl、c2、c3、c4 绕组。
[0009] 进一步的，步骤S02还包括w下具体步骤；步骤S021 ;利用有限元分析方法或 实验方法先获得转子位置处于0°~36°机械角度范围内各点处的al绕组悬浮力系 数Fx。l。3、Fy。l。3;步骤SO22;根据转子位置机械角度0m、Fx。l。3及Fy。l。3，获得0m+18点处 的al绕组悬浮力系数Fxaias(18+ 0m)、Fyaias(18+ 0m)，根据电机机械结构特点计算得a2绕 组悬浮力系数Fxa2a4、Fya2a4如下：
【主权项】
1. 一种降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤SOl :提供一定子永磁型无轴承电机、悬浮力系数计算模块、扇区判断环节、电流 控制器及悬浮电流给定计算环节； 步骤S02 :将所述电机转子电角度吣送给所述悬浮力系数计算模块，由所述悬浮力系 数计算模块计算所述电机各绕组的悬浮力系数； 步骤S03 :将所述电机转子电角度t送给所述扇区判断环节，所述扇区判断环节输出 扇区编号； 步骤S04 :将X轴悬浮力给定<、y轴悬浮力给定<、悬浮力系数及扇区编号同时送给 悬浮电流给定计算环节，由所述悬浮电流给定计算环节同时输出各绕组悬浮电流给定值； 步骤S05 :由所述电流控制器实现实际悬浮电流跟踪各自给定值，以产生转子悬浮所 需要的悬浮力。
2. 根据权利要求1所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其特征 在于：所述电机为双绕组电机；所述双绕组电机包括&1、 &2、131几2、(31、(32绕组。
3. 根据权利要求1所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其特征 在于：所述电机为单绕组电机，包括al、a2、a3、a4、bl、b2、b3、b4、cl、c2、c3、c4绕组。
4. 根据权利要求2或3所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其 特征在于：步骤S02还包括以下具体步骤： 步骤S021:利用有限元分析方法或实验方法先获得转子位置处于0°~36°机械角度 范围内各点处的al绕组悬浮力系数Fxala3、Fyala3; 步骤S022 :根据转子位置机械角度0m、Fxala3及Fyala3，获得0 m+18点处的al绕组悬浮力 系数Fxala3 (18+ Θ J、Fyala3 (18+ θ π)，根据电机机械结构特点计算得a2绕组悬浮力系数Fxa2a4、 F ya^如下：
步骤S023 :根据转子位置机械角度0m、Fxala3及Fyala3，获得0 m+12点处的al绕组悬浮力 系数Fxala3 (12+ Θ J、Fyala3 (12+ θ π)，根据电机机械结构特点计算得bl绕组悬浮力系数Fxblb3、 Fyblb：3如下：
步骤S024 :根据转子位置机械角度0m、Fxala3及Fyala3，获得0 m+3〇点处的al绕组悬浮力 系数Fxala3 (30+ Θ n)、Fyala3 (30+ Θ J ;根据电机机械结构特点计算得b2绕组悬浮力系数Fxb2b4、 Fyb2M如下：
步骤S025 :根据转子位置机械角度Θ m、Fxala3及F yala3，获得Θ m+6点处的al绕组悬浮 力系数匕^3(6+9"1)、?_3出+9 〇1);根据电机机械结构特点计算得(；1绕组悬浮力系数？!￡。 1。3、 Fycld如下：
步骤S026 :根据转子位置机械角度0m、Fxala3及Fyala3，获得0 m+24点处的al绕组悬浮力 系数Fxala3 (24+ Θ J、Fyala3 (24+ θ π);根据电机机械结构特点计算得C2绕组悬浮力系数Fxc;2c;4、 F yc2t;4如下：
5. 根据权利要求2或3所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其 特征在于：所述步骤S04还包括以下具体步骤： 步骤S041:当处于（60°，120° )和（240°，300° )内时，al和a2绕组流过悬浮 电流对应悬浮电流给定值计算如下：
步骤3042:当0r处于（120°，180° )和（300°，360° )内时，bl和b2绕组流过悬 浮电流，对应悬浮电流给定值计算如下：
步骤3043:当0r处于（180。，240° )和（0。，60° )内时，cl和c2绕组流过悬浮电 流，对应悬浮电流给定值计算如下：
6. 根据权利要求1所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其特征 在于：所述X轴悬浮力给定 <、所述y轴悬浮力给定< 分别通过X轴位移控制器和y轴位 移控制器输出。
7. 根据权利要求6所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其特征 在于：所述X轴位移控制器和所述y轴位移控制器为PI控制器。
8. 根据权利要求1所述的降低无轴承磁通切换电机转子悬浮电流的控制方法，其特征 在于：所述电流控制器采用滞环电流跟踪控制或PWM电流跟踪控制。
【专利摘要】本发明提供一种无轴承磁通切换电机转子悬浮控制方法，目的是进一步降低转子悬浮电流峰值，及改善转子悬浮运行的平稳性。该方法包括悬浮电流的产生及与之对应的电机悬浮绕组结构。电机可采用双绕组结构，也可以采用单绕组结构，前者悬浮绕组流过电流产生悬浮力，后者绕组中同时流过悬浮电流和转矩电流。利用机械空间垂直的两相悬浮绕组流过悬浮电流，产生空间近似垂直的两个悬浮力，并利用这两个悬浮力合成出转子所需要的悬浮力。由于，悬浮绕组均工作于其产生最大悬浮力附近，因此有效降低了悬浮电流幅值。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104767454
【申请号】CN201510165392
【发明人】周扬忠, 钟天云, 马俊亭, 吴汉童, 吴赫, 黄志坡
【申请人】福州大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月9日