三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法技術

本發明專利技術公開了三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，檢測電機任意兩相的磁鏈之差，然后減去這些磁鏈之差中由電樞繞組產生的磁鏈成分，以消除電樞反應對磁鏈之差由正變負的過零點位置的影響。本發明專利技術與現有技術相比，減小了由電樞反應產生的位置觀測誤差，實現了電勵磁雙凸極電機無位置傳感器狀況下能夠準確換相、穩定運行。

Compensation method of high speed position detection error in three phase electric excitation doubly salient motor

The invention discloses a method for compensation of three-phase electric excitation doubly salient motor high speed position detection error, error detection of two phases of motor flux, flux components and then subtract these flux difference by the armature winding, to eliminate the influence of armature reaction on flux difference changed from positive to negative zero position. Compared with the prior art, the invention can reduce the position observation error produced by the armature reaction and realize the accurate commutation and stable operation of the electric excitation doubly salient motor without position sensor.

【技術實現步驟摘要】
三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法
本專利技術屬于電機控制領域，涉及了一種電勵磁雙凸極電機的無位置傳感器的控制方法。
技術介紹
電勵磁雙凸極電機憑借其結構簡單，可靠性高，且氣隙磁通調節靈活的特點，在航空、新能源等領域有著廣闊的應用前景。同無刷直流電機一樣，該電機用于驅動系統時需檢測轉子位置以實現準確換相，額外增加的傳感器降低了系統可靠性，增加了成本，限制了電機的應用范圍，因此研究電勵磁雙凸極電機無位置傳感器運行技術具有重要意義。目前，基于磁鏈的位置檢測方法在其它電機中都得到了廣泛研究與應用，然而在電勵磁雙凸極電機中卻鮮有研究。南京航空航天大學申請了一件專利：《基于線磁鏈的三相電勵磁雙凸極電機無位置傳感器控制方法》(申請號：201610543168.6)。該專利申請利用了三相電勵磁雙凸極電機的線磁鏈的由正變負的過零點位置與換相位置重合的特性，但該方法所檢測的線磁鏈中還包含了電樞繞組產生的磁鏈成分，在電機加載運行時，其由正變負的過零點位置受電樞反應的影響仍會超前，如若不加以補償則易導致換相失敗。
技術實現思路
為了解決上述
技術介紹
提出的技術問題，本專利技術旨在提供三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，減小由電樞反應產生的位置觀測誤差，實現電勵磁雙凸極電機無位置傳感器狀況下能夠準確換相、穩定運行。為了實現上述技術目的，本專利技術的技術方案為：三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，包括以下步驟：(1)檢測電勵磁雙凸極電機BA兩相、CB兩相、AC兩相的磁鏈之差ΨBA、ΨCB、ΨAC；(2)消除ΨBA、ΨCB、ΨAC中由電樞繞組產生的磁鏈成分，得到補償后的磁鏈之差Ψ`BA、Ψ`CB、Ψ`AC；(3)利用Ψ`BA、Ψ`CB、Ψ`AC由正變負的過零點得到三個互差120°的轉子位置信號。進一步地，在步驟(1)中，采用下式計算磁鏈之差：ψij＝(Li·Ii-Lj·Ij)+(Lif-Ljf)·If上式中，i＝A,B,C，j＝A,B,C，且i≠j，Li、Lj表示i相、j相繞組的自感，Ii、Ij表示i相、j相的相電流，Lif、Ljf表示i相、j相繞組與勵磁繞組的互感，If為勵磁電流。進一步地，在步驟(2)中，用ΨBA、ΨCB、ΨAC減去對應兩相電流與電感系數的乘積，得到補償后的的磁鏈之差Ψ`BA、Ψ`CB、Ψ`AC：ψ`ij＝ψij-(ki·Ii-kj·Ij)上式中，ki、kj表示i相、j相的電感系數，通過有限元仿真得到。進一步地，所述電感系數的獲取方法：1)離線仿真得到轉子位置為0°時A、B兩相的自感值，作為補償ΨBA時分別與A、B兩相電流相乘的電感系數的基值，然后在基值附近改變電感系數使Ψ`BA由正變負的過零點位置與轉子0°的誤差在θ以內；2)離線仿真得到轉子位置為120°時B、C兩相的自感值，作為補償ΨCB時分別與B、C兩相電流相乘的電感系數的基值，然后在基值附近改變電感系數使Ψ`CB由正變負的過零點位置與轉子120°的誤差在θ以內；3)離線仿真得到轉子位置為240°時C、A兩相的自感值，作為補償ΨAC時分別與C、A兩相電流相乘的電感系數的基值，然后在基值附近改變電感系數使Ψ`AC由正變負的過零點位置與轉子240°的誤差在θ以內；θ為設定的誤差角度。進一步地，所述誤差角度θ的取值為±1°。采用上述技術方案帶來的有益效果：本專利技術解決了基于線磁鏈的三相電勵磁雙凸極電機中高速無位置傳感器控制技術對轉子位置進行檢測時存在磁鏈之差由正變負的過零點位置易受電樞反應的影響而產生誤差的問題，提高三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測精度，從而保證電機準確換相和穩定運行，適用于中高速重載運行場合，且實現方式簡便。附圖說明圖1為本專利技術實施例12/8極結構的電勵磁雙凸極電機二維結構圖；圖2為本專利技術實施例電機控制系統的硬件結構圖；圖3為本專利技術的方法流程圖；圖4為補償前后電機加載時線磁鏈隨位置變化的對比圖。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的技術方案進行詳細說明。三相電勵磁雙凸極電機的三相分別為A相、B相和C相。下面以圖1所示的12/8極結構的三相電勵磁雙凸極電機為例進行說明，其控制系統的硬件結構如圖2所示，主要包括：三相全橋逆變器，端電壓采樣調理電路，相電流采樣調理電路，控制電路以及三相電勵磁雙凸極電機，其中Udc為直流母線電壓，Un為電機三相繞組中性點電壓，S1～S6為功率MOSFET，D1～D6為反并聯二極管，Ra、Rb、Rc分別為電機三相繞組電阻，La、Lb、Lc分別為電機A、B、C三相繞組自感，UA、UB、UC分別為電機三相端電壓，Ia、Ib、Ic分別為電機三相相電流。本專利技術的流程圖如圖3所示，其中“-”表示減法運算，“+”表示加法運算，“→”表示符號改變，“ΨBA”為BA兩相磁鏈之差，“ΨCB”為CB兩相磁鏈之差，“ΨAC”為為AC兩相磁鏈之差，“Ψ`BA”為補償后BA兩相磁鏈之差，“Ψ`CB”為補償后CB兩相磁鏈之差，“Ψ`AC”為補償后AC兩相磁鏈之差，“k1a”、“k1b”為補償“ΨBA”所需的電感系數，“k2b”、“k2c”為補償“ΨCB”所需的電感系數，“k3a”、“k3c”為補償“ΨAC”所需的電感系數，Pa、Pb、Pc為檢測得到的位置信號，其上升沿分別對應0°、120°、240°的轉子位置。以補償CB兩相磁鏈之差為例，原理如下：檢測CB兩相的磁鏈之差ΨCB，忽略相間互感，ΨCB可用式(1)表示，其中包含勵磁繞組產生的磁鏈分量與電樞繞組產生的磁鏈分量。ψCB＝(Lc·Ic-Lb·Ib)+(Lcf-Lbf)·If(1)式(1)中，Lcf、Lbf分別為C相、B相繞組與勵磁繞組的互感，If為勵磁電流，當電樞繞組通入電流時，電樞反應會使得ΨCB的波形發生畸變，在0°～120°區間內，C相流入負電流，而B相流入正電流，這會引起由勵磁繞組產生的磁鏈分量發生負偏，進而使得ΨCB由正變負的過零點位置產生超前誤差。如若減去電樞繞組產生的磁鏈分量就能對超前誤差進行補償，如式(2)所示。ψ`CB＝ψCB-(Lc·Ic-Lb·Ib)(2)由于電勵磁雙凸極電機是一種磁阻電機，每相繞組的自感值是轉子位置和相電流的函數，無法得到其實時值，因此也無法實時地精確檢測出ΨCB中的勵磁繞組產生的磁鏈分量。但是，本專利所涉及的位置檢測方法只對ΨCB由正變負的過零點位置敏感，對其波形質量并不敏感，因此引入可變電感系數k2c、k2b來替代Lc、Lb，其基值為電機空載情況下轉子位置為120°時C、B兩相的自感值，可通過有限元仿真得到。當轉子位置位于120°時，C、B兩相的定子齒與轉子槽相對，兩相磁阻均較大，不易飽和，其自感值受電樞反應影響很小，基本保持不變。這樣補償后的Ψ`CB可用式(3)表示。ψ`CB＝ψCB-(k2c·Ic-k2b·Ib)(3)考慮到忽略了相間互感的影響，可對電感系數進行微調以使Ψ`CB由正變負的過零點位置與120°的誤差減小到±1°以內。當檢測到Ψ`CB由正變負的過零點時產生B相位置信號Pb的上升沿。AC兩相、BA兩相磁鏈之差ΨAC、ΨBA的補償算法類似，由于圖1所示電機三相磁路不對稱，因此三個磁鏈之差所對應的電感系數會有所差別。圖4為電機相電流為400A時補償前后磁鏈之差ΨCB與Ψ`CB隨位置變化的仿真對比圖。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)檢測電勵磁雙凸極電機BA兩相、CB兩相、AC兩相的磁鏈之差Ψ

【技術特征摘要】
1.三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)檢測電勵磁雙凸極電機BA兩相、CB兩相、AC兩相的磁鏈之差ΨBA、ΨCB、ΨAC；(2)消除ΨBA、ΨCB、ΨAC中由電樞繞組產生的磁鏈成分，得到補償后的磁鏈之差Ψ`BA、Ψ`CB、Ψ`AC；(3)利用Ψ`BA、Ψ`CB、Ψ`AC由正變負的過零點得到三個互差120°的轉子位置信號。2.根據權利要求1所述三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，其特征在于：在步驟(1)中，采用下式計算磁鏈之差：ψij＝(Li·Ii-Lj·Ij)+(Lif-Ljf)·If上式中，i＝A,B,C，j＝A,B,C，且i≠j，Li、Lj表示i相、j相繞組的自感，Ii、Ij表示i相、j相的相電流，Lif、Ljf表示i相、j相繞組與勵磁繞組的互感，If為勵磁電流。3.根據權利要求2所述三相電勵磁雙凸極電機中高速位置檢測誤差的補償方法，其特征在于：在步驟(2)中，用ΨBA、ΨCB、ΨAC減去對應兩相電流與電感系數的乘積，得到補償后的的磁鏈之差Ψ`BA、Ψ`CB、Ψ`AC...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉偉峰，王慧貞，張紅巖，姜浩宇，陳強，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32