基于簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)電流傳感器或電壓傳 感器故障的基于簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)自從20世紀(jì)80年代由英國(guó)Leeds等大學(xué)研發(fā)成功以來(lái)，得到了諸 多學(xué)者的關(guān)注，在傳動(dòng)領(lǐng)域產(chǎn)生很大的影響，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)以及數(shù)字處理等 技術(shù)的進(jìn)步得到快速發(fā)展。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上無(wú)稀土材料，僅由硅鋼片疊 壓成，繞組線圈在定子上，因而比直流電機(jī)、交流電機(jī)和異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，電機(jī)加工 工序少，成本低，易于冷卻，特別適合高速、高溫、惡劣等工作環(huán)境。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、位置傳感器、控制器組成，可調(diào)參數(shù)多，控制靈活，調(diào)速范圍 寬，易于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，并具有再生制動(dòng)能力，在寬轉(zhuǎn)速范圍效率高，容錯(cuò)性能強(qiáng)，在航空 航天、新能源汽車(chē)、工礦傳功、獨(dú)立電源、風(fēng)力發(fā)電等場(chǎng)合具有廣闊的前景。
[0003] 但開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)需要有轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，目前轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的獲取主 要通過(guò)在電機(jī)本體中專(zhuān)門(mén)增設(shè)一個(gè)位置傳感器檢測(cè)位置信號(hào)，典型的有光電式、電磁式、磁 敏式等，其中光電傳感器最廣泛，但這些傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不方便，不僅增 加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性，提高了成本，制約了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的廣泛 應(yīng)用，特別在高溫、灰塵等惡劣環(huán)境下，位置傳感器又容易出現(xiàn)故障，限制了電機(jī)的正常運(yùn) 轉(zhuǎn)。為了克服開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)這一弊端，探索一種算法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、有高可靠性的無(wú)位置 傳感器技術(shù)具有十分重要的實(shí)際意義。
[0004] 無(wú)位置傳感器控制技術(shù)，比如簡(jiǎn)化磁鏈法，即延遲方法簡(jiǎn)化磁鏈位置估計(jì)方法，采 用電流傳感器和電壓傳感器來(lái)測(cè)得電壓和電流，從而通過(guò)電壓和電流計(jì)算磁鏈值，從而判 斷轉(zhuǎn)子的位置，然后輸出位置信號(hào)，即延遲導(dǎo)通或者關(guān)斷的指令，控制電機(jī)繞組切換，從而 實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)位置傳感器下穩(wěn)定運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生故障的類(lèi)型多種多樣，如電流傳感 器故障、電壓傳感器故障、開(kāi)關(guān)管故障等，當(dāng)電流/電壓傳感器發(fā)生故障情況時(shí)，位置估計(jì) 信號(hào)發(fā)生紊亂，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行系統(tǒng)癱瘓，需要提出一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在簡(jiǎn)化磁鏈無(wú)位置 傳感器下電流/電壓傳感器發(fā)生故障情況時(shí)的位置估計(jì)容錯(cuò)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的無(wú)位置傳感器開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)電流/電壓傳 感器發(fā)生故障情況時(shí)，位置估計(jì)信號(hào)發(fā)生紊亂，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行系統(tǒng)癱瘓。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的具體技術(shù)方案是基于簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁 阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行方法，該開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)磁阻電 機(jī)的功率變換器單元、采集相電流和相電壓的信號(hào)采集處理單元和控制單元，所述方法包 括如下步驟：
[0007] 步驟1選擇相電感曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置，定義為目標(biāo)位置，在所述目標(biāo)位置 下，測(cè)量相繞組磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，將磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)存于控制單元；
[0008] 步驟2信號(hào)采集處理單元實(shí)時(shí)采集相電壓和相電流，并將相電壓值Uk和相電流值 i k傳輸?shù)娇刂茊卧?br>[0009] 步驟3從轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)相電感最小值的轉(zhuǎn)子位置時(shí)開(kāi)始，依據(jù)動(dòng)態(tài)磁鏈積分公
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行方法，該開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)包括 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的功率變換器單元、采集相電流和相電壓的信號(hào)采集處 理單元和控制單元，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟1選擇相電感曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置，定義為目標(biāo)位置，在所述目標(biāo)位置下，測(cè) 量相繞組磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，將磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)存于控制單元； 步驟2信號(hào)采集處理單元實(shí)時(shí)采集相電壓和相電流，并將相電壓值Uk和相電流值i k傳 輸?shù)娇刂茊卧? 步驟3從轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)相電感最小值的轉(zhuǎn)子位置時(shí)開(kāi)始，依據(jù)動(dòng)態(tài)磁鏈積分公式
'控制單元實(shí)時(shí)計(jì)算任意時(shí)刻的動(dòng)態(tài)磁鏈值，取當(dāng)前時(shí)刻之前的任 意tl和t2兩個(gè)時(shí)刻的動(dòng)態(tài)磁鏈值，計(jì)算tl和t2兩個(gè)時(shí)刻的動(dòng)態(tài)磁鏈差值Λ φ lk;依據(jù)故 障磁鏈積分公式
控制單元計(jì)算tl和t2兩個(gè)時(shí)刻的 故障磁鏈差值Δ 1])31;和Λ φ 4k，Rk為第k相繞組的電阻值，Φ Qk為轉(zhuǎn)子在所述對(duì)應(yīng)相電感最 小值的轉(zhuǎn)子位置時(shí)第k相繞組的初始磁鏈值； 步驟4當(dāng)動(dòng)態(tài)磁鏈差值Λ !])11;絕對(duì)值不等于零，且與故障磁鏈差值Λ φ 3k絕對(duì)值不一 致，又與故障磁鏈差值Δ !])41;絕對(duì)值不一致時(shí)，判定信號(hào)采集處理單元的電流傳感器和電 壓傳感器均無(wú)故障，則判斷當(dāng)前動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值是否滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞 組的磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，如果滿足，執(zhí)行步驟5,如果不滿足，執(zhí)行步驟6 ;當(dāng)動(dòng)態(tài)磁鏈差 值Δ i])lk絕對(duì)值等于零，或者動(dòng)態(tài)磁鏈差值Λ φ 11;與故障磁鏈差值Λ φ 3k絕對(duì)值一致，或者 動(dòng)態(tài)磁鏈差值Λ !])11;與故障磁鏈差值Λ φ 4k絕對(duì)值一致時(shí)，判定信號(hào)采集處理單元的電流 傳感器或電壓傳感器有故障，則定義第k相繞組為故障相，第1相繞組為非故障相，1辛k， 判斷第1相繞組的當(dāng)前動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值是否滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞組的磁 鏈-電流特性數(shù)據(jù)，如果滿足，執(zhí)行步驟7 ;如果不滿足，執(zhí)行步驟8 ; 步驟5如果當(dāng)前動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞組的磁鏈-電流 特性數(shù)據(jù)，則判定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，控制單元輸出延遲關(guān)斷和延遲導(dǎo)通功率變換器單 元的指令，控制相繞組通斷，執(zhí)行步驟9 ; 步驟6如果當(dāng)前動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值不滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞組的磁鏈-電 流特性數(shù)據(jù)，則判斷下一時(shí)刻動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值是否滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞組 的磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，直到滿足為止，執(zhí)行步驟5 ; 步驟7如果第1相繞組的當(dāng)前動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞組 的磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，則判定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，控制單元輸出延遲關(guān)斷和延遲導(dǎo)通 功率變換器單元的指令，以控制所述非故障相通斷電；針對(duì)第k相繞組，輸出延遲關(guān)斷和延 遲導(dǎo)通功率變換器單元的指令，以控制第k相繞組通斷電，執(zhí)行步驟9 ; 步驟8如果第1相繞組的當(dāng)前動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值不滿足步驟1中目標(biāo)位置處相繞 組的磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，則判斷下一時(shí)刻動(dòng)態(tài)磁鏈值和相電流值是否滿足步驟1中目標(biāo) 位置處相繞組的磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，直到滿足為止，執(zhí)行步驟7 ; 步驟9控制單元初始化，并執(zhí)行步驟2。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行方法，其特 征在于， 在步驟4中，當(dāng)動(dòng)態(tài)磁鏈差值Δ i])lk絕對(duì)值等于零，則判定電壓傳感器和電流傳感器均 存在故障；當(dāng)動(dòng)態(tài)磁鏈差值Δ 1])11;與故障磁鏈差值Λ φ 3k絕對(duì)值一致時(shí)，則判定電流傳感 器有故障；當(dāng)動(dòng)態(tài)磁鏈差值Δ 1])11;與故障磁鏈差值Λ φ 4k絕對(duì)值一致時(shí)，則判定電壓傳感 器有故障。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)電流傳感器或電壓傳感器故障的基于簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行方法，其包括選定目標(biāo)位置并測(cè)量磁鏈-電流特性數(shù)據(jù)，采集相電流電壓，計(jì)算動(dòng)態(tài)磁鏈及任意兩時(shí)刻的動(dòng)態(tài)磁鏈差值，計(jì)算故障磁鏈，判斷動(dòng)態(tài)磁鏈差值是否與故障磁鏈值一致，若一致，則傳感器故障，根據(jù)正常相繞組的電磁信號(hào)發(fā)出延遲控制故障相的指令，若不一致，則傳感器無(wú)故障，按照本相繞組的電磁信號(hào)發(fā)出延遲控制本相繞組通斷的指令，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無(wú)位置傳感器開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在某些電流傳感器或者電壓傳感器發(fā)生故障情況下仍能正確估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置，提高了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
【IPC分類(lèi)】H02P21-00, H02P25-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104682808
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510117945
【發(fā)明人】張磊, 孫剛, 徐開(kāi)軍, 興志
【申請(qǐng)人】南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日