阅读说明：本技术 一种开关磁阻电机运行控制方法及系统 (Switched reluctance motor operation control method and system ) 是由 孙琍 于 2019-03-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种开关磁阻电机运行控制方法及系统,包括：控制装置以预设周期控制施加至多对线圈绕组上的导通电压,使每一对线圈绕组在预设周期的前半周期内被激励,在预设周期的后半周期内截止；以预设导通时间将导通电压施加至多对线圈绕组的第一线圈绕组,使第一线圈绕组被激励；在第一线圈绕组被激励期间的预定义节点,以预设导通时间将导通电压施加至沿转子的旋转方向且与第一线圈绕组相邻的第二线圈绕组,使第二线圈绕组被激励；控制施加在第一线圈绕组的导通电压和第二线圈绕组的导通电压,转子片从第一预设时间到第二预设时间的过程制动运行。解决开关磁阻电机启动及低速运行的问题,增加启动转矩并减小低速运行时的转矩脉动。(The invention relates to a method and a system for controlling the operation of a switched reluctance motor, comprising the following steps: the control device controls the conducting voltage applied to the coil windings in a preset period, so that each pair of coil windings is excited in the first half period of the preset period and is cut off in the second half period of the preset period; applying a turn-on voltage to a first coil winding of the plurality of coil windings for a preset turn-on time to energize the first coil winding; applying a turn-on voltage to a second coil winding adjacent to the first coil winding in a rotational direction of the rotor at a predetermined node during the first coil winding being excited for a preset turn-on time, causing the second coil winding to be excited; and controlling the conduction voltage applied to the first coil winding and the conduction voltage applied to the second coil winding, and braking the rotor sheet from a first preset time to a second preset time. The problems of starting and low-speed running of the switched reluctance motor are solved, the starting torque is increased, and the torque pulsation in the low-speed running is reduced.)

一种开关磁阻电机运行控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种开关磁阻电机运行控制方法及系统。

背景技术

开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。

现如今，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W到5MW，最大速度高达100,000r/min。

然而现有的开关磁阻电机，由于只有两个光电开关用于检测转子位置，导致在低速运行过程中难以控制低速段的运行。另外，不同于中高速运行，为维持较低的转速，在低速段运行控制中，需要将电机绕组上的电压降到足够低，而这又导致电机的扭矩不够，稍有触碰就会使电机停止，大大影响电机低速运行的性能。因此，急需寻找一种可有效解决开关磁阻电机低速运行的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种开关磁阻电机运行控制方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种开关磁阻电机运行控制方法，所述开关磁阻电机包括转子、定子、以及分别与所述转子和定子电连接的控制装置，所述转子包括多个转子片，所述定子包括多对线圈绕组，每一对线圈绕组形成所述定子的一个相，且所述线圈绕组的数量多于所述转子片的数量，在电机低速运行时，所述控制装置以预设周期控制施加至所述多对线圈绕组上的导通电压，使每一对所述线圈绕组在所述预设周期的前半周期内被激励，在所述预设周期的后半周期内截止；所述方法还包括：

控制装置以预设导通时间将导通电压施加至所述多对线圈绕组的第一线圈绕组，使所述第一线圈绕组被激励，以使所述转子片朝向所述第一线圈绕组移动；

控制装置在所述第一线圈绕组被激励期间的预定义节点，以所述预设导通时间将导通电压施加至沿所述转子的旋转方向、且与所述第一线圈绕组相邻的第二线圈绕组，使所述第二线圈绕组被激励，以使所述转子片在朝向所述第一线圈绕组移动第一预设时间的过程加速移动；所述预定义节点为预先设定的控制第二线圈绕组导通的时间节点；

控制装置控制施加在所述第一线圈绕组的导通电压和第二线圈绕组的导通电压，使所述转子片从第一预设时间到第二预设时间的过程制动运行；所述第一预设时间和所述第二预设时间的和形成所述预设导通时间，且为预设周期的前半周期，所述第一线圈绕组为所述多对线圈绕组中的任意一对线圈绕组。

优选地，所述控制装置将导通电压施加至所述第一线圈绕组、并达到第一预设时间时，所述转子片与所述第一线圈绕组对齐。

优选地，用于导通所述第二线圈绕组的预定义节点在所述第一预设时间之前。

优选地，还包括：

控制装置采用类似于步进电机细分控制方法控制所述多对线圈绕组的电流，以获得所述多对线圈绕组的电流曲线。

优选地，所述类似于步进电机细分控制方法为电流斩波法。

优选地，每一对所述线圈绕组的电流曲线为正弦波形的正半周电流曲线。

优选地，在所述预定义节点和所述第二预设时间之间，所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组的相位重叠。

优选地，开通所述第二线圈绕组的位置是在所述转子的旋转方向上，且与开通所述第一线圈绕组的位置相差预设电角度。

本发明还提供一种开关磁阻电机运行控制系统，所述开关磁阻电机包括转子、定子、以及分别与所述转子和定子电连接的控制装置，所述转子包括多个转子片，所述定子包括多对线圈绕组，每一对线圈绕组形成所述定子的一个相，且所述线圈绕组的数量大于与所述转子片的数量，在电机低速运行时，所述控制装置以预设周期控制施加至所述多对线圈绕组上的导通电压，使每一对所述线圈绕组在所述预设周期的前半周期内被激励，在所述预设周期的后半周期内截止；

所述控制装置用于：以预设导通时间将导通电压施加至所述多对线圈绕组的第一线圈绕组，使所述第一线圈绕组被激励，以使所述转子片朝向所述第一线圈绕组移动；

在所述第一线圈绕组被激励期间的预定义节点，以所述预设导通时间将导通电压施加至沿所述转子的旋转方向、且与所述第一线圈绕组相邻的第二线圈绕组，使所述第二线圈绕组被激励，以使所述转子片在朝向所述第一线圈绕组移动第一预设时间的过程加速移动；所述预定义节点为所述预先设定的控制第二线圈绕组导通的时间节点；

所述控制装置还用于：控制施加在所述第一线圈绕组的导通电压和第二线圈绕组的导通电压，使所述转子片从第一预设时间到第二预设时间的过程制动运行；

所述第一预设时间和所述第二预设时间的和形成所述预设导通时间，且为预设周期的前半周期，所述第一线圈绕组为所述多对线圈绕组中的任意一对线圈绕组。

优选地，所述控制装置将导通电压施加至所述第一线圈绕组、并达到第一预设时间时，所述转子片与所述第一线圈绕组对齐。

实施本发明的开关磁阻电机运行控制方法，具有以下有益效果：通过在开关磁阻电机启动及低速运行时，由控制装置以预设周期控制施加至多对线圈绕组上的导电电压，使每一对线圈绕组在预设周期的前半周期内被激励，在预设周期的后半周期内截止，且周期固定，同时有2相被导通，并通过电流斩波的方式，使得每相上的电流呈正弦的上半周波形，有效地解决了现有开关磁阻电机在低速运行过程中难以控制的问题，既可以实现开关磁阻电机的无死区启动，还可以减小低速运行时的转矩脉动问题，提升电机启动及低速运行时的性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的一种开关磁阻电机运行控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的开关磁阻电机的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的相电压驱动波形示意图；

图4是本发明实施例提供的相电流波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，本发明实施例提供了一种开关磁阻电机运行控制方法，该开关磁阻电机运行控制方法采用双相运行与类似于步进电机细分控制的定时间轴上的电流斩波控制相结合的方式，有效完成了开关磁阻电机在启动及低速段运行时的控制。

本发明实施例的开关磁阻电机运行控制方法可以应用于开关磁阻电机，以控制开关磁阻电机的启动及低速运行。本发明实施例中，开关磁阻电机包括：转子、定子、以及分别与转子和定子电连接的控制装置，转子包括多个转子片，定子包括多对线圈绕组，每一对线圈绕组形成定子的一个相，且线圈绕组的数量多于转子片的数量。

其中，本发明实施例的开关磁阻电机运行控制方法，在开关磁阻电机启动及低速运行时，由控制装置以预设周期控制施加至多对线圈绕组上的导通电压，使每一对线圈绕组在预设周期的前半周期内被激励，在预设周期的后半周期内截止，通过由控制装置以预设周期分别控制线圈绕组的导通电压及电流，实现了在固定时间轴上控制开关磁阻电机运行。

进一步地，如图1所示，该方法包括以下步骤：步骤S101、步骤S102、步骤S103。

具体的，步骤S101、控制装置以预设导通时间将导通电压施加至多对线圈绕组的第一线圈绕组，使第一线圈绕组被激励，以使转子片朝向第一线圈绕组移动。

本发明实施例中，第一线圈绕组为多对线圈绕组中的任意一对线圈绕组。可以理解地，第一线圈绕组可以为开关磁阻电机在开启时被激励的第一对线圈绕组，也可以为开关磁阻电机在启动或低速运行时任意一个时刻被激励的线圈绕组。其中，预设导通时间为预设周期的前半周期。

当第一线圈绕组被激励时，会产生相应的励磁作用，此时，与其距离最近的转子片由于该第一线圈绕组的励磁作用，该转子片朝向第一线圈绕组移动，进而带动朝向第一线圈绕组移动。

步骤S102、控制装置在第一线圈绕组被激励期间的预定义节点，以预设导通时间将导通电压施加至沿转子的旋转方向、且与第一线圈绕组相邻的第二线圈绕组，使第二线圈绕组被激励，以使转子片在朝向第一线圈绕组移动第一预设时间的过程加速移动。

本发明实施例中，预定义节点为预先设定的控制第二线圈绕组导通的时间节点。

可选的，本发明实施例中，用于导通第二线圈绕组的预定义节点在第一预设时间之前。进一步地，第一预设时间小于预设导通时间。

本发明实施例中，当达到预定义节点时，控制装置以预设导通时间控制向第二线圈绕组输出导通电压，使第二线圈绕组在预定义节点时被激励，即第二线圈绕组有驱动电压，此时，第二线圈绕组导通，进一步地，第二线圈绕组导通的位置在转子的旋转方向上(即转子的移动方向上)，而且开通第二线圈绕组的位置与开通第一线圈绕组的位置相差预设电角度。其中，预设电角度满足以下条件：

预设电角度＝360°/(M/2)。

M表示线圈绕组的数量，即本发明实施例开关磁阻电机的定子包括M/2对线圈绕组，每一对线圈绕组为开关磁阻电机的一个相。

步骤S103、控制装置控制施加在第一线圈绕组的导通电压和第二线圈绕组的导通电压，使转子片从第一预设时间到第二预设时间的过程制动运行；第一预设时间和第二预设时间的和形成预设导通时间，且为预设周期的前半周期。

进一步地，本发明实施例中，控制装置将导通电压施加至第一线圈绕组，并达到第一预设时间时，朝向第一线圈绕组移动且与第一线圈绕组最接近的转子片与第一线圈绕组对齐。

以一个具体示例进行说明，如图2所示，定子包括4对线圈绕组，分别为A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组和D相线圈绕组共4相线圈绕组，其中，每一相线圈绕组包括两个线圈绕组(如图2所示，A相线圈绕组包括A1线圈绕组和A2线圈绕组，B相线圈绕组包括B1线圈绕组和B2线圈绕组，C相线圈绕组包括C1线圈绕组和C2线圈绕组，D相线圈绕组包括D1线圈绕组和D2线圈绕组)，且每一相的两个线圈内部串联。如图2所示，转子包括6个转子片，分别为a转子片、b转子片、c转子片、d转子片、e转子片和f转子片，共6个转子片。

如图2所示，假设在开关磁阻电机的开机时刻，即T0时刻，A相线圈绕组被激励，即串联的A1线圈绕组和A2线圈绕组接收到导通电压，此时，A1线圈绕组和A2线圈绕组开通，与A1线圈绕组最接近的a转子片由于A1线圈绕组的励磁作用，朝向最短路径的A1线圈绕组移动，同时d转子片由于A2线圈绕组的励磁作用，朝向最短路径的A2线圈绕组移动。

进一步地，当达到预定义节点时，控制装置以预设导通时间将导通电压施加至沿转子的旋转方向、且与第一线圈绕组相信的第二线圈绕组，使第二线圈绕组被激励，以使转子片在朝向第一线圈绕组移动第一预设时间的过程加速移动。即如图2所示，当达到预定义节点时，设为T_预，B1线圈绕组和B2线圈绕组被激励，B1线圈绕组和B2线圈绕组导通，由于a转子片和d转子片均分别朝向A1线圈绕组和A2线圈绕组移动，均受到A1线圈绕组和A2线圈绕组的励磁吸引，且B1线圈绕组和B2线圈绕组在A1线圈绕组和A2线圈绕组导通的同时也导通，也同时产生对a转子片和d转子片沿转子旋转方向上的励磁吸引作用，进而可以增加移动的速度及启动或低速运行时的扭矩，提升转子在第一预设时间的过程中运行的速率及扭力。

当达到第一预设时间时，a转子片与A1线圈绕组对齐，同时，d转子片与A2线圈绕组对齐。本发明实施例中，第一预设时间后至第二预设时间的时间段内，A相线圈绕组和B相线圈绕组均处于导通状态，然而，此时，a转子片继续朝向B1线圈绕组移动，d转子片继续朝向B2线圈绕组移动，而由于A1线圈绕组和A2线圈绕组的励磁作用，转子形成了制动运行，即在第一预设时间至第二预设时间期间，转子为制动运行过程(相当于刹车过程)，直至到达第二预设时间，A相线圈绕组进行后半周期，此时，A相线圈绕组无导通电压输入，A相线圈绕组截止，a转子片和d转子片分别同时加速朝向B1线圈绕组和B2线圈绕组移动。由此可以看出，在A相线圈绕组的预设周期的前半周期内，转子为加速移动过程，且在预定义节点至第一预设时间的过程中，由于B相线圈绕组的导通作用，进一步提升转子加速移动的速率；在第一预设时间至第二预设时间的过程中，转子为制动移动过程，从而形成了在任一对线圈绕组的前半周期内，转子形成了加速移动和制动移动的过程，即在开关磁阻电机的低速运行过程中，开关磁阻电机包括了交替的加速过程和制动过程。

进一步地，如图3所示，为A相线圈绕组、B相线圈绕组、C相线圈绕组和D相线圈绕组，为了方便描述，以下以相进行说明，即图3为开关磁阻电机的A相、B相、C相和D相的电压驱动波形。

如图3所示，在T₀至T₂时刻A相为导通状态，且在T₀至T_预时刻A相为加速移动过程，在T₁至T₂时刻A相为制动移动过程，且在T_预至T₂时刻A相和B相同时导通，以此类推，如图3所示，开关磁阻电机相邻任一相在T₀至T₂时刻为导通状态，且在T₀至T_预时刻为加速移动过程，在T₁至T₂时刻为制动移动过程，且在T_预至T₂时刻相邻两相同时导通。

为方便描述，以下以单个线圈绕组进行说明，由于a转子片朝向A1线圈移动且未与A1线圈对齐之前，由于A1线圈与B1线圈在T_预至T₂时刻同时导通，所以，a转子片朝向A1线圈移动至对齐不会产生振荡现象，而且，在a转子片与A1线圈对齐后，由于B1线圈绕组的作用，a转子片也不会产生来回摆动的振荡现象，避免了转子来回摆动的振荡现象；以此类推，任一个转子片朝向其邻近的定子移动时均不会产生来回摆动的振荡现象。因此，采用本方法的开关磁阻电机在低速运行过程中，均不会产生转子来回摆动的振荡现象，保证了开关磁阻电机的低速运行。

进一步地，本发明实施例的开关磁阻电机运行控制方法还包括：

控制装置采用类似于步进电机细分控制方法控制各相线圈绕组的电流，以获得多对线圈绕组的电流曲线。

本发明实施例中，类似于步进电机细分控制方法为电流斩波法。每一对线圈绕组的电流曲线为正弦波形的正半周电流曲线，如图4所示。即通过采用类似于步进电机细分控制的定时间轴上的电流斩波法进行控制，可以使得每相上的电流呈正弦的上半周波形，减小母线电流的波动，合成转矩值较大且稳定，进而降低开关磁阻电机低速运行时的转矩脉动，且可以实现开关磁阻电机的无死区启动，增加扭力。

进一步地，由图3可知，在预定义节点和第二预设时间之间，第一线圈绕组和第二线圈绕组同时导通，因此，第一线圈绕组和第二线圈绕组的相位重叠。

本发明还公开了一种开关磁阻电机运行控制系统，该开关磁阻电机运行控制系统可用于实现前述的开关磁阻电机运行控制方法。

本发明实施例中，该开关磁阻电机运行控制系统中的开关磁阻电机包括转子、定子、以及分别与转子和定子电连接的控制装置，转子包括多个转子片，定子包括多对线圈绕组，每一对线圈绕组形成定子的一个相，且线圈绕组的数量大于与转子片的数量，其中，在电机低速运行时，控制装置以预设周期控制施加至多对线圈绕组上的导通电压，使每一对线圈绕组在预设周期的前半周期内被激励，在预设周期的后半周期内截止。

其中，本发明实施例的开关磁阻电机运行控制系统，在开关磁阻电机低速运行时，由控制装置以预设周期控制施加至多对线圈绕组上的导通电压，使每一对线圈绕组在预设周期的前半周期内被激励，在预设周期的后半周期内截止，通过由控制装置以预设周期分别控制线圈绕组的导通电压，实现了以在固定时间轴上控制开关磁阻电机运行。

控制装置用于：以预设导通时间将导通电压施加至多对线圈绕组的第一线圈绕组，使第一线圈绕组被激励，以使转子片朝向第一线圈绕组移动；在第一线圈绕组被激励期间的预定义节点，以预设导通时间将导通电压施加至沿转子的旋转方向、且与第一线圈绕组相邻的第二线圈绕组，使第二线圈绕组被激励，以使转子片在朝向第一线圈绕组移动第一预设时间的过程加速移动；本发明实施例中，预定义节点为预先设定的控制第二线圈绕组导通的时间节点。当第一线圈绕组被激励时，会产生相应的励磁作用，此时，与其距离最近的转子片由于该第一线圈绕组的励磁作用，该转子片朝向第一线圈绕组移动，进而带动朝向第一线圈绕组移动。

可选的，本发明实施例中，用于导通第二线圈绕组的预定义节点在第一预设时间之前。进一步地，第一预设时间小于预设导通时间。

本发明实施例中，当达到预定义节点时，控制装置以预设导通时间控制向第二线圈绕组输出导通电压，使第二线圈绕组在预定义节点时被激励，即第二线圈绕组有驱动电压，此时，第二线圈绕组导通，进一步地，第二线圈绕组导通的位置在转子的旋转方向上(即转子的移动方向上)，而且开通第二线圈绕组的位置与开通第一线圈绕组的位置相差预设电角度。其中，预设电角度满足以下条件：

预设电角度＝360°/(M/2)。

M表示线圈绕组的数量，即本发明实施例开关磁阻电机的定子包括M/2对线圈绕组，每一对线圈绕组为开关磁阻电机的一个相。

控制装置还用于：控制施加在第一线圈绕组的导通电压和第二线圈绕组的导通电压，使转子片从第一预设时间到第二预设时间的过程制动运行；第一预设时间和第二预设时间的和形成预设导通时间，且为预设周期的前半周期，第一线圈绕组为多对线圈绕组中的任意一对线圈绕组。

进一步地，控制装置将导通电压施加至第一线圈绕组、并达到第一预设时间时，转子片与第一线圈绕组对齐。

可选的，本发明实施例的控制装置采用类似于步进电机细分控制方法控制多对线圈绕组的电流，以获得各相线圈绕组的电流曲线。其中，类似于步进电机细分控制方法为电流斩波法。每一对线圈绕组的电流曲线为正弦波形的正半周电流曲线。即通过采用类似于步进电机细分控制的定时间轴上的电流斩波法进行控制，可以使得每相上的电流呈正弦的上半周波形，减小母线电流的波动，合成转矩值较大且稳定，进而降低开关磁阻电机低速运行时的转矩脉动，且可以实现开关磁阻电机的无死区启动，增加扭力。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。