一種開關(guān)磁阻電機控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機控制裝置及方法，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50％～75％特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制裝置包括：單脈沖控制單元，電流斬波控制單元、IMAX計算模塊、檢測模塊以及開關(guān)裝置K1；IMAX計算模塊，計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流IMAX；檢測模塊，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流IMAX時，閉合開關(guān)裝置K1，啟用電流斬波控制單元，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則斷開開關(guān)裝置K1，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制。本發(fā)明提供的控制裝置及方法通過單脈沖控制方式結(jié)合電流斬波控制方式來實現(xiàn)，能夠有效抑制繞組相電流上升速度和尖峰，抑制和消除機電耦合裝置抖動。
【專利說明】一種開關(guān)磁阻電機控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機控制裝置及方法，尤其是涉及當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，能夠抑制和消除基于開關(guān)磁阻電機的機電f禹合裝置抖動的開關(guān)磁阻電機控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)磁電機控制方式主要是電流斬波控制、電壓斬波控制、單脈沖控制。電流斬波控制是當(dāng)轉(zhuǎn)子位置處于電流導(dǎo)通區(qū)間時，比較相電流I與電流斬波限值Imax，若I < 1_則功率開關(guān)元件開通，電流上升達斬波限值；如I≤Imax,則功率開關(guān)器件關(guān)斷，電流下降。電流斬波控制時直接控制相電流維持于斬波限值附近波動，適用于低速段。電壓斬波控制是當(dāng)轉(zhuǎn)子位置處于電流導(dǎo)通區(qū)間時，使功率開關(guān)器件工作于PWM狀態(tài)。電壓斬波控制通過調(diào)節(jié)PWM占空比和頻率分別控制相繞組上電壓有效值和電流變化率，即適合低速段也適合高速段。單脈沖控制是通過調(diào)整開通角和關(guān)斷角控制相電流。單脈沖控制在轉(zhuǎn)速和母線電壓確定時，通過固定開通角，增加和減小關(guān)斷角的方式分別增加和減小相電流；還可以通過將開通角固定，調(diào)整關(guān)斷角的方式找到最優(yōu)相電流波形，達到最優(yōu)效率。單脈沖轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大，開關(guān)磁阻電機效率較高，用于高速運行。
[0003]為達到較大轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍和較高效率，在額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍，開關(guān)磁阻電機通常采用單脈沖控制方式，如圖1所示，給定功率到給定電流計算模塊，計算得到給定電流I。。此時，開關(guān)磁阻電機輸出大功率和大扭矩時，電流上升快，尖峰高，電流脈動大，轉(zhuǎn)矩脈動大，瞬時輸出力矩和轉(zhuǎn)速變化大，采用圖1所示控制裝置電動時相電流波形，如圖3中的(a)所示；采用圖1所示控制裝置電動時相電流波形，如圖4中的(C)所示。但與此同時，在基于開關(guān)磁電機的機電耦合裝置中，開關(guān)磁阻電機和變速箱及發(fā)動機之間非理想剛性機械連接，機械裝置在此頻率段存在固有諧振頻率，引發(fā)共振，產(chǎn)生抖動，從而影響機電耦合裝置的穩(wěn)定性`能，以至于影響整機的運行平穩(wěn)性。
[0004]抖動頻率和電機極對數(shù)有關(guān)，簡單可以根據(jù)開關(guān)磁阻電機在一周內(nèi)產(chǎn)生的脈動次數(shù)a計算，抖動頻率f =轉(zhuǎn)速nXa/60。對于12/8極三相，額定轉(zhuǎn)速為2000r/min的電機，抖動頻率約為133~200Hz。
[0005]在額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍，開關(guān)磁阻電機如果采用電壓斬波控制方式，同樣會產(chǎn)生大的電流尖峰和轉(zhuǎn)矩脈動，也會引發(fā)抖動。
[0006]在額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍,轉(zhuǎn)速已經(jīng)較高,如果采用電流斬波控制方式會較大降低開關(guān)磁阻電機效率，難以適用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是抑制和消除基于開關(guān)磁阻電機的機電耦合裝置，在電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍，大功率和大扭矩輸出時產(chǎn)生的抖動。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種開關(guān)磁阻電機控制裝置，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，包括:單脈沖控制單元，其中，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制裝置還包括:電流斬波控制單元、Imax計算模塊、檢測模塊以及開關(guān)裝置Kl ；
[0009]Imax計算模塊，計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流IMX，Imax是以開關(guān)磁阻電機當(dāng)前給定輸出功率P。和設(shè)定的低限電流值Ip為參數(shù)的函數(shù)，IMX=f (PyIp) ;1--計算模塊由電機當(dāng)前給定輸出功率匕作為輸入項的同相比例運算電路實現(xiàn)，放大倍數(shù)為設(shè)定的低限電流值Ip和當(dāng)前開關(guān)磁阻電機峰值功率的比值。
[0010]檢測模塊，輸入為當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax和當(dāng)前該相繞組相電流I，輸出開關(guān)信號用于控制開關(guān)裝置Kl的閉合和斷開，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax時，閉合開關(guān)裝置K1，啟用電流斬波控制單元，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則斷開開關(guān)裝置Kl，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制；檢測模塊由當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax和當(dāng)前該相繞組電流I作為輸入項的電壓比較器電路實現(xiàn)。
[0011]上述iMX=f (P。，Ip)為比例函數(shù)、線性函數(shù)、分段函數(shù)、或通過查表方式計算。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明同時還提供了一種開關(guān)磁阻電機控制方法，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，對開關(guān)磁阻電機繞組相電流進行單脈沖控制，其中，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制方法還包括:
[0013]計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流IMX，Imax是以開關(guān)磁阻電機當(dāng)前給定輸出功率P。和設(shè)定的低限電流值Ip為參數(shù)的函數(shù)，I?AX=f(Pc, Ip)；
[0014]判斷當(dāng)前單相繞組相電流I與當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax的大小，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax時，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制。
[0015]上述IMX=f (P。Ip)為比例函數(shù)、線性函數(shù)、分段函數(shù)、或通過查表方式計算。
[0016]在額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍，本發(fā)明提供的控制裝置及方法通過單脈沖控制方式結(jié)合電流斬波控制方式來實現(xiàn)，能夠有效抑制繞組相電流上升速度和尖峰，從而抑制開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩脈動，抑制和消除機電耦合裝置抖動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，一種現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，本發(fā)明開關(guān)磁阻電機控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50 %~75 %特定轉(zhuǎn)速范圍時，采用現(xiàn)有的圖1所示控制裝置及采用本發(fā)明的圖2所示控制裝置電動時電流波形示意圖；
[0020]圖4為開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，采用現(xiàn)有的圖1所示控制裝置及采用本發(fā)明的圖2所示控制裝置發(fā)電時電流波形示意圖?！揪唧w實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明提供了一種開關(guān)磁阻電機控制裝置，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50 %~75 %特定轉(zhuǎn)速范圍時，包括:單脈沖控制單元，其中，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制裝置還包括:電流斬波控制單元、Imax計算模塊、檢測模塊以及開關(guān)裝置Kl ；
[0023]Imax計算模塊，計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流IMX，Imax是以開關(guān)磁阻電機當(dāng)前給定輸出功率P。和設(shè)定的低限電流值Ip為參數(shù)的函數(shù)，iMX=f (P。，Ip) ;1--計算模塊由電機當(dāng)前給定輸出功率匕作為輸入項的同相比例運算電路實現(xiàn)，放大倍數(shù)為設(shè)定的低限電流值Ip和當(dāng)前開關(guān)磁阻電機峰值功率的比值。
[0024]檢測模塊，輸入為當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax和當(dāng)前該相繞組相電流I，輸出開關(guān)信號用于控制開關(guān)裝置Kl的閉合和斷開，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax時，閉合開關(guān)裝置K1，啟用電流斬波控制單元，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則斷開開關(guān)裝置K1，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制；檢測模塊由當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax和當(dāng)前該相繞組電流I作為輸入項的電壓比較器電路實現(xiàn)。
[0025]上述IMX=f (P。Ip)為比例函數(shù)、線性函數(shù)、分段函數(shù)、或通過查表方式計算。
[0026]本發(fā)明同時還提供了一種開關(guān)磁阻電機控制方法，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，對開關(guān)磁阻電機繞組相電流進行單脈沖控制，其中，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50% ~75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制方法還包括:
[0027]計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流IMX，Imax是以開關(guān)磁阻電機當(dāng)前給定輸出功率P。和設(shè)定的低限電流值Ip為參數(shù)的函數(shù)，I?AX=f(Pc, Ip)；
[0028]判斷當(dāng)前單相繞組相電流I與當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax的大小，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax時，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制。
[0029]上述IMX=f (P。Ip)為比例函數(shù)、線性函數(shù)、分段函數(shù)、或通過查表方式計算。
[0030]在開關(guān)磁阻電機處于電動和發(fā)電狀態(tài)時均可以采用上述控制裝置和方法。如圖3中的(b)所示；采用本發(fā)明控制裝置及方法電動時相電流波形，如圖4中的(d)所示。在額定轉(zhuǎn)速的50%~75%特定轉(zhuǎn)速范圍，本發(fā)明提供的控制裝置及方法通過單脈沖控制方式結(jié)合電流斬波控制方式來實現(xiàn)，能夠有效抑制繞組相電流上升速度和尖峰，從而抑制開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩脈動，抑制和消除機電耦合裝置抖動。
[0031]在某混合動力公交車機電耦合裝置中，開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)通過動力合成裝置與變速箱和發(fā)動機系統(tǒng)相連，整車控制器通過網(wǎng)絡(luò)控制開關(guān)磁阻電機在發(fā)電和電動不同功率模式下運行，以充分發(fā)揮混合動力平臺的優(yōu)勢，使得整車動力性能、經(jīng)濟性能和駕駛性能達到最優(yōu)。
[0032]在此裝置中，開關(guān)磁阻電機峰值功率Pmax為80Kw，額定轉(zhuǎn)速為3500r/min，在開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)速處于1900r/min附近，輸出功率在50Kw以上時，開關(guān)磁阻電機繞組電流上升較快，機電耦合裝置出現(xiàn)抖動。采用本發(fā)明方法，在1750~2625r/min轉(zhuǎn)速段，將開關(guān)磁阻電機單相繞組相電流的限制電流Imax設(shè)為當(dāng)前給定輸出功率匕和低限電流值Ip的函數(shù)f，放大倍數(shù)為設(shè)定的低限電流值Ip和當(dāng)前開關(guān)磁阻電機峰值功率的比值，
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)磁阻電機控制裝置，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%?75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，包括:單脈沖控制單元，其特征在于，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%?75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制裝置還包括:電流斬波控制單元、Imax計算模塊、檢測模塊以及開關(guān)裝置Kl ； Imx計算模塊，計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax, Imax是以開關(guān)磁阻電機當(dāng)前給定輸出功率P。和設(shè)定的低限電流值Ip為參數(shù)的函數(shù)，iMX=f (P。，Ip) ;1_計算模塊由電機當(dāng)前給定輸出功率Pc作為輸入項的同相比例運算電路實現(xiàn)； 檢測模塊，輸入為當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax和當(dāng)前該相繞組相電流I，輸出開關(guān)信號用于控制開關(guān)裝置Kl的閉合和斷開，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax時，閉合開關(guān)裝置K1，啟用電流斬波控制單元，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則斷開開關(guān)裝置K1，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制；檢測模塊由當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imax和當(dāng)前該相繞組電流I作為輸入項的電壓比較器電路實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機控制裝置，其特征在于，所述(P。，Ip)為比例函數(shù)、線性函數(shù)、分段函數(shù)、或通過查表方式計算。
3.一種開關(guān)磁阻電機控制方法，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%?75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，對開關(guān)磁阻電機繞組相電流進行單脈沖控制，其特征在于，當(dāng)開關(guān)磁阻電機處于額定轉(zhuǎn)速的50%?75%特定轉(zhuǎn)速范圍時，該控制方法還包括: 計算當(dāng)前電機單相繞組相電流的最大限制電流Imp Imx是以開關(guān)磁阻電機當(dāng)前給定輸出功率P。和設(shè)定的低限電流值Ip為參數(shù)的函數(shù)，IMX=f(Pc, Ip)； 判斷當(dāng)前單相繞組相電流I與當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax的大小，當(dāng)當(dāng)前單相繞組相電流I大于或等于當(dāng)前該相繞組相電流的最大限制電流Imax時，對當(dāng)前該相繞組相電流同時進行單脈沖控制和電流斬波控制；否則，對當(dāng)前該相繞組相電流僅進行單脈沖控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)磁阻電機控制方法，其特征在于，所述Imx=f(P。，Ip)為比例函數(shù)、線性函數(shù)、分段函數(shù)、或通過查表方式計算。
【文檔編號】H02P6/10GK103872952SQ201210552093
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】郭曉穎, 馬志國, 劉德超 申請人:北京中紡銳力機電有限公司