專利名稱：開關磁阻電動機制動過程的繞組電流波形控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電流控制方法，尤其涉及一種適用于每相繞組采用 獨立的半橋式功率電路供電的任意相數、任意結構的開關磁阻電動機的 制動過程的繞組電流波形控制方法。
背景技術：
開關磁阻電動機的定子、轉子為雙凸極結構，由硅鋼片疊壓而成。 定子極上裝有集中繞組，轉子上沒有繞組。開關磁阻電動機可以設計成
不同的繞組相數和不同的定轉子極數，如三相6/4極、三相12/8極、四 相8/6極。
開關磁阻電動機由功率電路提供能量，圖1為一種采用雙開關的一 相功率電路的拓撲結構。圖中的供電電源可以是蓄電池，也可以是經過 整流濾波后的交流電源，TR1和TR2是功率開關器件，D1和D2是續流 二極管。電路的兩個開關有不同的工作狀態，作用在電動機繞組上的電 壓也不同。如圖2所示，當兩個開關都閉合時，繞組兩端的電壓為U， 稱為正壓，供電電源通過TR1、 TR2向繞組提供電流；如圖3a、 3b所示， 當TR1 (或TR2)閉合時，繞組兩端的電壓為OV，稱為零壓，繞組電流 通過TR1、 Dl (或者TR2、 D2)續流；如圖4所示，當兩個開關都斷開 時，繞組兩端的電壓為一U，稱為反壓，繞組電流通過D1、 D2續流。
開關磁阻電動機的控制參數較多，如繞組電壓、開通角、關斷角等， 根據控制參數的不同，開關磁阻電動機有3種基本控制模式，角度位置 控制(APC-Angular Position Control)、 電流斬波控制(CCC-Current Chopping Control)與電壓控制(VC-VoltageControl)。其中，APC是通過控制開通角和關斷角對開關磁阻電動機進行控制。ccc是將檢測到的繞組
電流與某一給定電流上限值比較，當繞組電流達到設定值時關斷開關使
相繞組電流下降；當電流下降一定時間或者降至設定的電流下限值時， 再導通開關使相繞組電流上升。VC是通過脈寬調制(PWM-Pulse-Width Modulation)方式調節繞組兩端的平均電壓，進而間接控制繞組電流。開 關磁阻電動機運行時，使繞組電流出現在電感曲線的下降段可使電動機 制動運行。電動機制動運行可以采用角度控制、電流斬波、電壓斬波控 制方式及其組合控制方式。
目前開關磁阻電動機制動運行的控制方式一種是采用正壓、反壓交 替斬波， 一種是采用正壓、零壓交替斬波。下面對這兩種控制方式進行 分析。如果不計開關磁阻電動機磁路飽和的影響，假定相繞組的電感丄與 電流/的大小無關，并且不考慮磁場邊緣擴散效應，相繞組由恒定的直流 電源t/供電，當采用正壓時，繞組電路方程為-
當采用零壓時，繞組電路方程為
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當采用反壓時，繞組電路方程為 <formula>formula see original document page 4</formula>其中，^為電動機轉子的角位置，"為電動機的轉速，^為繞組的電
阻，/^w稱為旋轉電動勢。
采用正壓、反壓交替斬波的控制方式。當繞組電流反饋小于電流給
定時，采用正壓，由于繞組電流處于繞組電感的下降段，z'^"為負，而z'
較小，在t;-;!w作用下，由公式l可知，繞組電流迅速上升，從供電電
源吸收能量；當電流反饋大于電流給定時，采用反壓，由公式3可知，-"-/^^<0，繞組電流下降，向供電電源回饋能量。這種控制方式繞組
電流的變化率f較大，對供電電源的沖擊大，噪音大，電磁干擾嚴重。
采用正壓、零壓交替斬波的控制方式。采用零壓時，由公式2可知， 在-/^ 的作用下，電流上升，電流的上升率f與采用正壓相比要下降
很多。但是如果電動機轉速較高，此時-/^ 比較大，而^z'可忽略不計，
采用零壓，由公式2可知電流以較快的速度上升；如果采用正壓，由公 式1可知，電流上升速度更快，會導致繞組電流失控。
這兩種制動控制方式，繞組電流波動大、電流波形平滑性差，不利 于降低電動機的輸出轉矩脈動。為了降低開關磁阻制動過程中的轉矩脈 動，必須對繞組的電流波形進行控制，減小繞組電流的波動，使繞組的 電流波形平滑。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能有效控制繞組的電流波形、減小開關 磁阻電動機的輸出轉矩脈動的一種開關磁阻電動機制動過程的電流波形 控制方法。
開關磁阻電機運行過程中，可能是一相導通、或者多相同時導通， 電機的輸出轉矩為同時導通的多相繞組電流產生的轉矩的疊加；因此為 了降低轉矩的脈動，需要根據電流與轉矩的關系，對同時導通的各相繞 組的電流進行分配，設定繞組電流的給定波形，進而實現控制轉矩的目 的。
為實現上述目的，本發明的一種開關磁阻電動機制動過程的電流波 形控制方法采用零壓和反壓交替斬波、正壓補償，其具體技術方案如下 一種開關磁阻電動機制動過程的繞組電流波形控制方法，包含 電動機制動運行，當處于通電區間初始段時，采用正壓使電流上升;電流上升到給定值后，繞組電流大于給定電流，采用反壓使電流下
降；
當繞組電流小于給定電流后，采用零壓使繞組電流上升； 當采用零壓而繞組電流減小，或者連續采用n個周期的零壓后電流 仍沒有上升到給定值，采用正壓補償使電流上升。
本發明的優點在于繞組電流波形能較好的跟蹤給定波形，響應快， 繞組電流波形的平滑性好，有效地降低了電動機的輸出轉矩脈動；繞組 電流變化率小，可以減小對供電電源的沖擊，有效地降低電磁干擾；實 時性強，系統可靠性高，適用于任意相數、結構的開關磁阻電動機。


圖1為采用雙開關的一相功率電路的拓撲結構；
圖2為雙開關的一相功率電路開關都閉合時的續流示意圖3a、 b為雙開關的一相功率電路任意一個開關閉合時的續流示意
圖4為雙開關的一相功率電路開關都打開時的續流示意圖5為本發明的繞組電流的波形控制原理示意圖6a為本發明實施例的繞組理想電感曲線示意圖6b為本發明實施例的繞組實際電流與繞組給定電流曲線示意圖6c為本發明實施例的繞組兩端的電壓波形示意圖。
具體實施例方式
有關本發明的技術內容及詳細說明，現配合

如下 本發明提供一種開關磁阻電動機制動過程的繞組電流波形控制方 法。適用于每相繞組采用獨立的半橋式功率電路供電的任意相數、任意 結構的開關磁阻電動機，半橋式功率電路包含2個功率開關，2個續流二 極管。圖5為本發明的繞組電流的波形控制原理示意圖。如圖5所示，
6根據電動機轉子的角位置和選擇的控制波形，分配繞組電流的給定，比 較電流給定值與繞組電流反饋值，根據二者的關系產生控制信號，控制 功率開關的導通或者關閉，進而控制繞組電流波形。
圖6a是繞組理想電感曲線；圖6b是繞組實際電流與繞組給定電流 曲線的示意圖；圖6c是繞組兩端的電壓波形。本實施例中電動機采用 11Kw的三相12/8極開關磁阻電動機，采用電流斬波控制實現開關磁阻 電動機制動過程的電流波形控制，每隔40us進行一次電流比較。根據反 饋的電動機轉子的位置信號進行三相電流給定分配，本實施例中給定電 流波形為矩形波，如圖6b的虛線所示。根據電流給定與反饋的關系產生 控制信號，執行電流斬波，對繞組電流波形進行控制。
如圖6所示，首先，在I階段，開關磁阻電動機制動運行，當處于 通電區間初始段時，繞組無電流，而電流給定不為零，故需采用正壓使 電流上升。
電流上升到給定值后，進入第II階段。由于此時繞組電流大于給定 電流，采用反壓，由于-i ."C7，電流下降；當反饋電流小于給定
電流后，采用零壓，-/#w>i ./，繞組電流緩慢上升。 一個周期后，如
果繞組電流仍然小于給定電流，繼續采用零壓；如果繞組電流仍然大于 給定電流，采用反壓。此階段零壓、反壓交替斬波。本實施例中，當上 一次為反壓時，采用輪流零壓，即本次零壓時的兩個開關的狀態與上一 次的零壓時相反。采用零壓輪流斬波，在得到相等斬波頻率的情況下， 開關頻率降低一倍，兩個開關的工作均衡，開關損耗低。
進入in階段，如果電動機轉速較低，感應電勢/! 較小，-/^"略
大于i ./，此時再采用零壓，繞組電流上升很緩慢；如果/ ./>-/^ ，繞 組電流有減小的趨勢。當繞組電流減小，或者連續采用IO個周期的零壓
后電流還沒有上升到給定值，為了保持電動機的輸出轉矩，加快電流控制的響應，采用正壓進行補償，使電流上升。
iv階段的控制與n階段類似，不同的是iv階段比較短。
v階段電流給定為零，采用反壓，由于此階段電感z較小，在/^w和
-t/的作用下，電流迅速下降。
上述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用來限定本發明實施范圍。 即凡依照本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利 范圍所涵蓋。
權利要求
1、一種開關磁阻電動機制動過程的繞組電流波形控制方法，其特征在于，包含電動機制動運行，當處于通電區間初始段時，采用正壓使電流上升；電流上升到給定值后，繞組電流大于給定電流，采用反壓使電流下降；當繞組電流小于給定電流后，采用零壓使繞組電流上升；當采用零壓而繞組電流減小，或者連續采用n個周期的零壓后電流仍沒有上升到給定值，采用正壓補償使電流上升。
全文摘要
一種開關磁阻電動機制動過程的繞組電流波形控制方法，包含電動機制動運行，當處于通電區間初始段時，采用正壓使電流上升；電流上升到給定值后，繞組電流大于給定電流，采用反壓使電流下降；當繞組電流小于給定電流后，采用零壓使繞組電流上升；當采用零壓時繞組電流減小，或者連續采用n個周期的零壓后電流仍沒有上升到給定值，采用正壓補償使電流上升。本發明的優點在于，繞組的制動電流波形能夠很好的跟蹤給定波形，電流波形平滑性好，有效地降低了電動機的輸出轉矩脈動。
文檔編號H02P6/00GK101453185SQ200710178988
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月7日 優先權日2007年12月7日
發明者偉 畢, 蘇建中 申請人:北京中紡銳力機電有限公司