一种开关磁阻电机调速系统及转矩脉动抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种开关磁阻电机调速系统及转矩脉动抑制方法，用于根据速度信号和位置信号对开关磁阻电机进行调速，所述开关磁阻电机调速系统包括速度检测模块、位置检测模块、控制器、光耦隔离模块和功率变换模块。在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流，并根据期望相电流规划各相电流，各相绕组所产生的转矩之和等同于期望转矩，以此来减小转矩脉动及噪声，使开关磁阻电机系统可广泛应用于家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域。
【专利说明】
一种开关磁阻电机调速系统及转矩脉动抑制方法
技术领域
[0001]本发明涉及开关磁阻电机领域，尤其涉及一种开关磁阻电机调速系统及转矩脉动抑制方法。
【背景技术】
[0002]开关磁阻电机(SRM)因结构简单、坚固，制造成本低，调速范围宽及效率高等优点，使其成为可变速驱动系统中极具潜力的新成员。然而，其定子、转子的双凸极结构及开关形式供电电源，使得开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drives)成为一个多变量高度耦合、非线性异常严重的系统，运行中转矩脉动比较明显，由此引起电机噪声及转矩波动，直接影响了 SRM在运行质量要求较高场合的应用，一定程度上限制了 SRM的应用范围。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种开关磁阻电机调速系统及转矩脉动抑制方法，可减少开关磁阻电机的转矩脉动及噪声，使开关磁阻电机系统可广泛应用于家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域。
[0004]为此，本发明第一方面提供一种开关磁阻电机调速系统，用于根据速度信号和位置信号对开关磁阻电机进行调速，包括速度检测模块、位置检测模块、控制器、光耦隔离模块和功率变换模块。
[0005]所述速度检测模块的输入端连接所述开关磁阻电机，输出端连接于所述控制器，用于实时检测所述开关磁阻电机的速度信号并传输至所述控制器进行处理。
[0006]所述位置检测模块的输入端连接所述开关磁阻电机，输出端连接至所述控制器，用于实时检测所述开关磁阻电机的位置信号并传输至所述控制器进行处理。
[0007]所述功率变换模块通过光耦隔离模块连接于所述控制器的输出端，用于根据所述控制器输出的指令控制其各功率开关的导通与截止以对所述开关磁阻电机进行调速，所述功率变换模块包括分别控制三相线圈A、B、(:电流通断的三个开关晶体管Ql、Q2、Q3。
[0008]优选地，每一所述开关晶体管的两端均并联有一■极管，当开关晶体管关断时，对应的二极管可用于对电机电流进行续流。
[0009]本发明第二方面提供一种开关磁阻电机转矩脉动抑制方法，包括如下步骤:
[0010]S1、上电，系统初始化，设定PffM信号占空比；
[0011]S2、控制器接收速度检测模块和位置检测模块的电平信号并进行判断与处理，得到开关磁阻电机的通电相，并依此进行换向控制；
[0012]S3、根据捕捉速度检测模块和位置检测模块得到的电平信号，得到信号周期，从而计算开关磁阻电机的实际转速；
[0013]S4、在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流，并根据期望相电流规划各相电流，各相绕组所产生的转矩之和等同于期望转矩，以此来减小转矩脉动。
[0014]进一步地，所述步骤S2中换向控制包括:
[0015]S21、控制器控制开关晶体管Ql导通，A相线圈电源接通，产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯;在磁力的牵引下，转子开始逆时针转动，一直到转子转到Θ度为止；
[0016]S22、在转子转到Θ度前，控制开关晶体管Ql截止，切断A相电源;在转子转到Θ度时，控制开关晶体管Q2导通，接通B相电源，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，在磁力的牵引下，转子转到Θ+30度为止；
[0017]S23、在转子转到Θ+30度前，控制开关晶体管Q2截止，切断B相电源;在转子转到Θ+30度时，控制开关晶体管Q3导通，接通C相电源，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵弓I转子转到Θ+60度为止；
[0018]S24、当转子转到Θ+60度前，控制开关晶体管Q3截止，切断C相电源，在转子转到Θ+60度时，控制开关晶体管Ql导通，接通A相电源，转子在磁力的牵引下继续转动，转子在Θ+60度的状态与前面Θ度开始时一样，即重复SI至S4，转子就会不停的旋转。
[0019]进一步地，当系统发生欠压、过流和短路等现象时，功率变换模块会自动发出一个低电平信号，当控制器接收到该低电平信号时产生故障中断，停止PWM信号的输出，以保证功率变换模块和开关磁阻电机的安全。
[0020]转矩与相电流和转子位置角的逆函数关系为T= f(i，0)，即相电流i对应于转矩T和转子位置角Θ的逆函数关系为I = F1(Td);在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流，并根据期望相电流规划各相电流，各相绕组所产生的转矩之和等同于期望转矩，以此来减小转矩脉动，从而实现开关磁阻电机瞬时转矩的有效控制。
【附图说明】
[0021]图1为本发明提供的一种开关磁阻电机调速系统的结构框图；
[0022]图2为图1中功率变换模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的实施例进行详述。
[0024]请参阅图1，本发明提供一种开关磁阻电机调速系统，用于根据速度信号和位置信号对开关磁阻电机I进行调速，包括速度检测模块23、位置检测模块24、控制器21、光耦隔离模块22和功率变换模块25。
[0025]所述速度检测模块23的输入端连接所述开关磁阻电机I，输出端连接于所述控制器21，用于实时检测所述开关磁阻电机I的速度信号并传输至所述控制器21进行处理。
[0026]所述位置检测模块24的输入端连接所述开关磁阻电机I，输出端连接至所述控制器21，用于实时检测所述开关磁阻电机I的位置信号并传输至所述控制器21进行处理。
[0027]所述功率变换模块25通过光耦隔离模块22连接于所述控制器21的输出端，用于根据所述控制器21输出的指令控制其各功率开关的导通与截止以对所述开关磁阻电机I进行调速。请参阅图2，所述功率变换模块包括分别控制三相线圈A、B、C电流通断的三个开关晶体管Q1、Q2、Q3。每一所述开关晶体管的两端均并联有二极管，即二极管Dl并联于开关晶体管Ql的两端，二极管D2并联于开关晶体管Q2的两端，二极管D3并联于开关晶体管Q3的两端；当开关晶体管关断时，其对应的二极管可用于对电机电流进行续流。
[0028]系统运行时，包括如下步骤:
[0029]S1、上电，系统初始化，设定PffM信号占空比；
[0030]S2、控制器接收速度检测模块和位置检测模块的电平信号并进行判断与处理，得到开关磁阻电机的通电相，并依此进行换向控制；
[0031]S3、根据捕捉速度检测模块和位置检测模块得到的电平信号，得到信号周期，从而计算开关磁阻电机的实际转速；
[0032]S4、在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流，并根据期望相电流规划各相电流，各相绕组所产生的转矩之和等同于期望转矩，以此来减小转矩脉动。
[0033]所述步骤S2中换向控制包括:
[0034]S21、控制器控制开关晶体管Ql导通，A相线圈电源接通，产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯;在磁力的牵引下，转子开始逆时针转动，一直到转子转到Θ度为止；
[0035]S22、在转子转到Θ度前，控制开关晶体管Ql截止，切断A相电源;在转子转到Θ度时，控制开关晶体管Q2导通，接通B相电源，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，在磁力的牵引下，转子转到Θ+30度为止；
[0036]S23、在转子转到Θ+30度前，控制开关晶体管Q2截止，切断B相电源;在转子转到Θ+30度时，控制开关晶体管Q3导通，接通C相电源，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵弓I转子转到Θ+60度为止；
[0037]S24、当转子转到Θ+60度前，控制开关晶体管Q3截止，切断C相电源，在转子转到Θ+60度时，控制开关晶体管Ql导通，接通A相电源，转子在磁力的牵引下继续转动，转子在Θ+60度的状态与前面Θ度开始时一样，即重复SI至S4，转子就会不停的旋转。
[0038]当系统发生欠压、过流和短路等现象时，功率变换模块会自动发出一个低电平信号，当控制器接收到该低电平信号时产生故障中断，停止PWM信号的输出，以保证功率变换模块和开关磁阻电机的安全。
[0039]转矩与相电流和转子位置角的逆函数关系为T= f(i，0)，即相电流i对应于转矩T和转子位置角Θ的逆函数关系为I = F1(Td);在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流，并根据期望相电流规划各相电流，各相绕组所产生的转矩之和等同于期望转矩，以此来减小转矩脉动，从而实现开关磁阻电机瞬时转矩的有效控制。
[0040]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种开关磁阻电机调速系统，用于根据速度信号和位置信号对开关磁阻电机进行调速，其特征在于，包括速度检测模块、位置检测模块、控制器、光耦隔离模块和功率变换模块，其中: 所述速度检测模块的输入端连接所述开关磁阻电机，输出端连接于所述控制器，用于实时检测所述开关磁阻电机的速度信号并传输至所述控制器进行处理； 所述位置检测模块的输入端连接所述开关磁阻电机，输出端连接至所述控制器，用于实时检测所述开关磁阻电机的位置信号并传输至所述控制器进行处理； 所述功率变换模块通过光耦隔离模块连接于所述控制器的输出端，用于根据所述控制器输出的指令控制其各功率开关的导通与截止以对所述开关磁阻电机进行调速，所述功率变换模块包括分别控制三相线圈A、B、(:电流通断的三个开关晶体管Ql、Q2、Q3。2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机调速系统，其特征在于，每一所述开关晶体管的两端均并联有二极管，当开关晶体管关断时，对应的二极管可用于对电机电流进行续流。3.—种开关磁阻电机转矩脉动抑制方法，基于如权利要求1至权利要求2所述的开关磁阻电机调速系统，其特征在于，包括如下步骤: 51、上电，系统初始化，设定PWM信号占空比； 52、控制器接收速度检测模块和位置检测模块的电平信号并进行判断与处理，得到开关磁阻电机的通电相，并依此进行换向控制； 53、根据捕捉速度检测模块和位置检测模块得到的电平信号，得到信号周期，从而计算开关磁阻电机的实际转速； 54、在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流，并根据期望相电流规划各相电流，各相绕组所产生的转矩之和等同于期望转矩，以此来减小转矩脉动。4.根据权利要求3所述的一种开关磁阻电机转矩脉动抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中换向控制包括: 521、控制器控制开关晶体管Ql导通，A相线圈电源接通，产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯;在磁力的牵引下，转子开始逆时针转动，一直到转子转到Θ度为止； 522、在转子转到Θ度前，控制开关晶体管Ql截止，切断A相电源;在转子转到Θ度时，控制开关晶体管Q2导通，接通B相电源，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，在磁力的牵引下，转子转到Θ+30度为止； 523、在转子转到Θ+30度前，控制开关晶体管Q2截止，切断B相电源；在转子转到Θ+30度时，控制开关晶体管Q3导通，接通C相电源，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵引转子转到Θ+60度为止； 524、当转子转到Θ+60度前，控制开关晶体管Q3截止，切断C相电源，在转子转到Θ+60度时，控制开关晶体管Ql导通，接通A相电源，转子在磁力的牵引下继续转动，转子在Θ+60度的状态与前面Θ度开始时一样，即重复SI至S4，转子就会不停的旋转。5.根据权利要求3所述的一种开关磁阻电机转矩脉动抑制方法，其特征在于，转矩与相电流和转子位置角的逆函数关系为T = f(i，0)，在转子位置角为某一状态时，根据期望转矩和转子位置角的度数即可求得对应的期望相电流。6.根据权利要求3所述的一种开关磁阻电机转矩脉动抑制方法，其特征在于，当系统发生欠压、过流和短路等现象时，功率变换模块会自动发出一个低电平信号，当控制器接收到该低电平信号时产生故障中断，停止PWM信号的输出，以保证功率变换模块和开关磁阻电机的安全。
【文档编号】H02P25/098GK105915152SQ201610256115
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】高强, 金红心, 李玉俊
【申请人】江苏新安电器有限公司