专利名称：开关磁阻电动机制动过程的绕组电流波形控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电流控制方法，尤其涉及一种适用于每相绕组采用 独立的半桥式功率电路供电的任意相数、任意结构的开关磁阻电动机的 制动过程的绕组电流波形控制方法。
背景技术：
开关磁阻电动机的定子、转子为双凸极结构，由硅钢片叠压而成。 定子极上装有集中绕组，转子上没有绕组。开关磁阻电动机可以设计成
不同的绕组相数和不同的定转子极数，如三相6/4极、三相12/8极、四 相8/6极。
开关磁阻电动机由功率电路提供能量，图1为一种采用双开关的一 相功率电路的拓扑结构。图中的供电电源可以是蓄电池，也可以是经过 整流滤波后的交流电源，TR1和TR2是功率开关器件，D1和D2是续流 二极管。电路的两个开关有不同的工作状态，作用在电动机绕组上的电 压也不同。如图2所示，当两个开关都闭合时，绕组两端的电压为U， 称为正压，供电电源通过TR1、 TR2向绕组提供电流；如图3a、 3b所示， 当TR1 (或TR2)闭合时，绕组两端的电压为OV，称为零压，绕组电流 通过TR1、 Dl (或者TR2、 D2)续流；如图4所示，当两个开关都断开 时，绕组两端的电压为一U，称为反压，绕组电流通过D1、 D2续流。
开关磁阻电动机的控制参数较多，如绕组电压、开通角、关断角等， 根据控制参数的不同，开关磁阻电动机有3种基本控制模式，角度位置 控制(APC-Angular Position Control)、 电流斩波控制(CCC-Current Chopping Control)与电压控制(VC-VoltageControl)。其中，APC是通过控制开通角和关断角对开关磁阻电动机进行控制。ccc是将检测到的绕组
电流与某一给定电流上限值比较，当绕组电流达到设定值时关断开关使
相绕组电流下降；当电流下降一定时间或者降至设定的电流下限值时， 再导通开关使相绕组电流上升。VC是通过脉宽调制(PWM-Pulse-Width Modulation)方式调节绕组两端的平均电压，进而间接控制绕组电流。开 关磁阻电动机运行时，使绕组电流出现在电感曲线的下降段可使电动机 制动运行。电动机制动运行可以采用角度控制、电流斩波、电压斩波控 制方式及其组合控制方式。
目前开关磁阻电动机制动运行的控制方式一种是采用正压、反压交 替斩波， 一种是采用正压、零压交替斩波。下面对这两种控制方式进行 分析。如果不计开关磁阻电动机磁路饱和的影响，假定相绕组的电感丄与 电流/的大小无关，并且不考虑磁场边缘扩散效应，相绕组由恒定的直流 电源t/供电，当采用正压时，绕组电路方程为-
当采用零压时，绕组电路方程为
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当采用反压时，绕组电路方程为 <formula>formula see original document page 4</formula>其中，^为电动机转子的角位置，"为电动机的转速，^为绕组的电
阻，/^w称为旋转电动势。
采用正压、反压交替斩波的控制方式。当绕组电流反馈小于电流给
定时，采用正压，由于绕组电流处于绕组电感的下降段，z'^"为负，而z'
较小，在t;-;!w作用下，由公式l可知，绕组电流迅速上升，从供电电
源吸收能量；当电流反馈大于电流给定时，采用反压，由公式3可知，-"-/^^<0，绕组电流下降，向供电电源回馈能量。这种控制方式绕组
电流的变化率f较大，对供电电源的冲击大，噪音大，电磁干扰严重。
采用正压、零压交替斩波的控制方式。采用零压时，由公式2可知， 在-/^ 的作用下，电流上升，电流的上升率f与采用正压相比要下降
很多。但是如果电动机转速较高，此时-/^ 比较大，而^z'可忽略不计，
采用零压，由公式2可知电流以较快的速度上升；如果采用正压，由公 式1可知，电流上升速度更快，会导致绕组电流失控。
这两种制动控制方式，绕组电流波动大、电流波形平滑性差，不利 于降低电动机的输出转矩脉动。为了降低开关磁阻制动过程中的转矩脉 动，必须对绕组的电流波形进行控制，减小绕组电流的波动，使绕组的 电流波形平滑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效控制绕组的电流波形、减小开关 磁阻电动机的输出转矩脉动的一种开关磁阻电动机制动过程的电流波形 控制方法。
开关磁阻电机运行过程中，可能是一相导通、或者多相同时导通， 电机的输出转矩为同时导通的多相绕组电流产生的转矩的叠加；因此为 了降低转矩的脉动，需要根据电流与转矩的关系，对同时导通的各相绕 组的电流进行分配，设定绕组电流的给定波形，进而实现控制转矩的目 的。
为实现上述目的，本发明的一种开关磁阻电动机制动过程的电流波 形控制方法采用零压和反压交替斩波、正压补偿，其具体技术方案如下 一种开关磁阻电动机制动过程的绕组电流波形控制方法，包含 电动机制动运行，当处于通电区间初始段时，采用正压使电流上升;电流上升到给定值后，绕组电流大于给定电流，采用反压使电流下
降；
当绕组电流小于给定电流后，采用零压使绕组电流上升； 当采用零压而绕组电流减小，或者连续采用n个周期的零压后电流 仍没有上升到给定值，采用正压补偿使电流上升。
本发明的优点在于绕组电流波形能较好的跟踪给定波形，响应快， 绕组电流波形的平滑性好，有效地降低了电动机的输出转矩脉动；绕组 电流变化率小，可以减小对供电电源的冲击，有效地降低电磁干扰；实 时性强，系统可靠性高，适用于任意相数、结构的开关磁阻电动机。
图1为采用双开关的一相功率电路的拓扑结构；
图2为双开关的一相功率电路开关都闭合时的续流示意图3a、 b为双开关的一相功率电路任意一个开关闭合时的续流示意
图4为双开关的一相功率电路开关都打开时的续流示意图5为本发明的绕组电流的波形控制原理示意图6a为本发明实施例的绕组理想电感曲线示意图6b为本发明实施例的绕组实际电流与绕组给定电流曲线示意图6c为本发明实施例的绕组两端的电压波形示意图。
具体实施例方式
有关本发明的技术内容及详细说明，现配合
如下 本发明提供一种开关磁阻电动机制动过程的绕组电流波形控制方 法。适用于每相绕组采用独立的半桥式功率电路供电的任意相数、任意 结构的开关磁阻电动机，半桥式功率电路包含2个功率开关，2个续流二 极管。图5为本发明的绕组电流的波形控制原理示意图。如图5所示，
6根据电动机转子的角位置和选择的控制波形，分配绕组电流的给定，比 较电流给定值与绕组电流反馈值，根据二者的关系产生控制信号，控制 功率开关的导通或者关闭，进而控制绕组电流波形。
图6a是绕组理想电感曲线；图6b是绕组实际电流与绕组给定电流 曲线的示意图；图6c是绕组两端的电压波形。本实施例中电动机采用 11Kw的三相12/8极开关磁阻电动机，采用电流斩波控制实现开关磁阻 电动机制动过程的电流波形控制，每隔40us进行一次电流比较。根据反 馈的电动机转子的位置信号进行三相电流给定分配，本实施例中给定电 流波形为矩形波，如图6b的虚线所示。根据电流给定与反馈的关系产生 控制信号，执行电流斩波，对绕组电流波形进行控制。
如图6所示，首先，在I阶段，开关磁阻电动机制动运行，当处于 通电区间初始段时，绕组无电流，而电流给定不为零，故需采用正压使 电流上升。
电流上升到给定值后，进入第II阶段。由于此时绕组电流大于给定 电流，采用反压，由于-i ."C7，电流下降；当反馈电流小于给定
电流后，采用零压，-/#w>i ./，绕组电流缓慢上升。 一个周期后，如
果绕组电流仍然小于给定电流，继续采用零压；如果绕组电流仍然大于 给定电流，采用反压。此阶段零压、反压交替斩波。本实施例中，当上 一次为反压时，采用轮流零压，即本次零压时的两个开关的状态与上一 次的零压时相反。采用零压轮流斩波，在得到相等斩波频率的情况下， 开关频率降低一倍，两个开关的工作均衡，开关损耗低。
进入in阶段，如果电动机转速较低，感应电势/! 较小，-/^"略
大于i ./，此时再采用零压，绕组电流上升很缓慢；如果/ ./>-/^ ，绕 组电流有减小的趋势。当绕组电流减小，或者连续采用IO个周期的零压
后电流还没有上升到给定值，为了保持电动机的输出转矩，加快电流控制的响应，采用正压进行补偿，使电流上升。
iv阶段的控制与n阶段类似，不同的是iv阶段比较短。
v阶段电流给定为零，采用反压，由于此阶段电感z较小，在/^w和
-t/的作用下，电流迅速下降。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施范围。 即凡依照本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利 范围所涵盖。
权利要求
1、一种开关磁阻电动机制动过程的绕组电流波形控制方法，其特征在于，包含电动机制动运行，当处于通电区间初始段时，采用正压使电流上升；电流上升到给定值后，绕组电流大于给定电流，采用反压使电流下降；当绕组电流小于给定电流后，采用零压使绕组电流上升；当采用零压而绕组电流减小，或者连续采用n个周期的零压后电流仍没有上升到给定值，采用正压补偿使电流上升。
全文摘要
一种开关磁阻电动机制动过程的绕组电流波形控制方法，包含电动机制动运行，当处于通电区间初始段时，采用正压使电流上升；电流上升到给定值后，绕组电流大于给定电流，采用反压使电流下降；当绕组电流小于给定电流后，采用零压使绕组电流上升；当采用零压时绕组电流减小，或者连续采用n个周期的零压后电流仍没有上升到给定值，采用正压补偿使电流上升。本发明的优点在于，绕组的制动电流波形能够很好的跟踪给定波形，电流波形平滑性好，有效地降低了电动机的输出转矩脉动。
文档编号H02P6/00GK101453185SQ200710178988
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者伟 毕, 苏建中 申请人:北京中纺锐力机电有限公司