基于互感电压的无位置传感器SRM初始位置检测

在SRD的设计中,SRM初始位置的检测是间接位置检测首先必须解决的问题.在对SRM电感模型和连续两相电磁特性分析的基础上,提出了一种无位置传感器SRM启动前转子初始位置检测方法,该方法通过向电机定子相绕组注入激励脉冲,并检测相邻两相的互感电压来确定转子初始位置,使其正确启动.通过对8/6极四相开关磁阻电机的实验,验证了该方法的可行性.     

开关磁阻电动机的功率变换器

一、开关磁阻电动机简介开关磁阻电动机是一种双凸极变速磁阻电动机。图1是一种典型的四相开关磁阻电动机,电动机有8个定子极和6个转子极。每个定子上绕有一个线圈;位於直径二侧的线圈可以串联或并联构成一相绕组。在直径二侧定子磁极之间的磁通途径,其磁阻随着一对转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化。因为电感与磁阻成反比,当转子磁极在中心线位置时(即图1的相1),相绕组的电感最大;当转子磁极在非中心线位置时(即图1的相3),相绕组的电感最小。如在     

开关磁阻电机无位置传感控制器研究

针对机械式位置传感器增加控制系统复杂性和降低系统可靠性的问题,提出了开关磁阻电机一种新的无位置传感控制器。在建立开关磁阻电机电感模型基础上,推导无位置传感器数学模型,构建无位置传感器控制系统。通过测量激励相电压和电流,估算转子实际位置,采用电流斩波控制方法控制开关磁阻电机低速运行,采用角度位置控制方法控制开关磁阻电机高速运行。对该无位置传感系统进行仿真,并实现了对开关磁阻电机无位置传感器的控制。实验结果表明该方法能在较宽调速范围内准确地估计开关磁阻电机转子位置。     

基于典型位置电感的开关磁阻电机无位置传感器控制策略

针对开关磁阻电机实际工作中因磁路饱和导致位置检测不准确的问题,提出了一种基于典型位置电感的开关磁阻电机无位置传感器控制策略。该方法在电机运行时,向非通电相注入高频脉冲电流,获取全周期定子电感信息,利用各相电感值及其大小关系检测转子的典型位置点,再由相邻两点的位置计算电机转速,进一步估算转子在任意时刻的位置。由于所选取的位置点的电感特征受磁路饱和影响较小,该方法提高了开关磁阻电机无位置传感器控制中实时位置的估算精度。通过仿真与实验验证了所提方法的有效性。     

取消位置传感器的开关磁阻电机位置闭环控制

分析了开关磁阻电机的突出优点是结构简单,控制灵活,而机械式位置传感器的存在使这一优点变得逊色;给出了取消位置传感器的开关磁阻电机位置闭环控制方案,该方案以８７５１单片机为核心,利用检测定子相电感变化确定转子位置,降低了成本,提高了控制可靠性。     

无位置传感器开关磁阻电机无反转起动研究

提出了一种检测无位置传感器开关磁阻电机(SRM)起动前转子初始位置的方法.通过向电机定子相绕组注入瞬时测试脉冲,跟踪相电流判断转子的初始位置及相应的初始导通相,从而实现转子处于任何位置时的无反转起动.通过对一台8/6极的开关磁阻电机的实验,验证了该方法的可行性.     

基于变系数电感模型开关磁阻电机四象限无位置传感器技术

开关磁阻电机相电感具有明显的非线性,随饱和情况不同相电感形状发生明显变化。研究了忽略三次以上谐波电感模型系数随电流变化关系,提出了基于变系数电感模型的无位置传感器控制策略。利用电机变系数电感与转子位置角度之间的关系,构建了基于DSP数字信号处理器的四象限无位置传感器控制系统。采用软件完成了上述转子位置估计模块,实现对开关磁阻电机的无位置控制。通过实验对该方法的可行性进行了验证,结果表明该方法估计转子位置精确、象限间切换准确可靠,系统具有良好的静态和动态性能。     

开关磁阻电机原理

磁阻电机是指电机各磁路的磁阻随转子位置而改变，因而电机的磁场能量也将随转子位置的变化而变化，并将磁能变换成机械能。这种结构与步进电动机相似，开关磁阻电动机的运行亦遵循“磁阻最小原理”，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的主轴线重合。当定子极励磁时，所产生的磁力会力图使转子旋转到转子极轴线与定子极轴线重合的位置，并使励磁绕组的电感最大。若以中定、转子所对的位置作为起始位置，然后依次给四相绕组通电，转子会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转：反之，则转子会沿顺时针方式转动。可见，开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电的顺序。     

双定子磁悬浮开关磁阻电机的转子位置角自检测EI北大核心CSCD

以一种双定子磁悬浮开关磁阻电机为研究对象,该电机的悬浮力绕组和转矩绕组分别绕制在内、外定子上,两绕组独立控制,可以减小系统的控制难度。针对其安装传统位置传感器容易导致系统体积、成本和复杂度增加,适应性和可靠性降低的问题,该文研究了基于转矩绕组动态电感模型的转子位置自检测方法,并且利用转矩绕组电压脉冲激励法确定电机起动时转子的初始位置。该方法物理意义明确,适用的转速范围宽,对处理器实时运算速度的要求也不高,比较容易工程实现。最后,实验结果表明该方法能较准确地估计该双定子磁悬浮开关磁阻电机的位置。     

磁阻式位置传感器半额测试线圈的离散转子位置检测方法研究

磁阻式旋转变压器在高速、高温等恶劣环境用作转子位置检测具有突出的优势,但较高的成本限制了应用场合。通过对比开关磁阻电机和磁阻式旋转变压器的结构和工作特点,本文提出了双凸极定转子结构的磁阻式位置传感器方案,使磁阻式位置传感器与SRM结构上保持一致性,可以进一步降低成本;针对多相的磁阻式位置传感器出线多、调理电路复杂的情况,本文提出了一种利用半额测试线圈的磁阻式位置传感器离散转子位置检测的简易检测方法,推导出满足位置检测方法的传感器本体的定转子极弧条件,对测试线圈注入高频激励信号,通过幅值调制得出半数低频位置信号,并虚拟出其对称半数电感曲线和特征值交截的办法,得出多相电机的全额位置信号;最后以四相8/6结构SRM系统为例,通过仿真分析和搭建实验平台验证了四相磁阻式位置传感器的半额测试线圈方法可行性,有效简化了多相磁阻式位置传感器系统复杂性。     

开关磁阻电动机互感特性及其对转矩的影响

开关磁阻电动机在两相励磁的工作条件下,定转子轭部磁场高度饱和使每相磁链有所减小.通过引入互感的方法可以定量计算磁链的减小量,并给出了互感计算式,利用有限元法分析了一台样机互感随转子位置和电流的变化规律,理论推导了互感对平均转矩影响的程度,研究了四相8/6极开关磁阻电动机稳态转矩波形在两种绕组连接方式下的不规则特性,结合互感特性,提出了改变不对称相绕组参数的技术方案.研究结果表明:电磁参数优化后,开关磁阻电动机的最小转矩和平均转矩均得以提高,转矩脉动减小,转矩波形规则.     

Initial rotor position estimation of a SRM drive installed in an electric vehicle

In this paper an estimation method of the initial rotor position at a stand still condition for switched reluctance motor (SRM) drives is proposed. In the SRM, a rotor shaft is connected to an incremental encoder, thus, only an initial position should be detected to realize smooth start up operation. The proposed method is injecting voltage pulses to all windings and detecting the current and estimating the position based on a simple relation between inductance profile and phase current. With an accurate estimated rotor position, the motor can start smoothly under heavy load. The proposed method is implemented in a 6‐stator‐pole and 4‐rotor‐pole, 1.5 kW switched reluctance motor installed in an electric vehicle. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Novel Two-Phase Switched Reluctance Machine Using Common-Pole E-Core Structure: Concept, Analysis, and Experimental Verification

A novel two-phase switched reluctance machine (SRM) with a stator composed of E-core structure having minimum stator core iron is proposed. The E-core stator has three poles with two poles at the ends having windings and a center pole containing no copper windings. The center stator pole in the E-core is shared by both phases during operation. The air gap around the common stator pole has constant and minimum reluctance irrespective of rotor position by its unique design, and the two remaining stator poles at the ends experience variable reluctance with respect to rotor position. The stator is constructed with two independent and physically separate E-cores, and the rotor is composed of ten poles. Other pole combinations are possible. Phase excitation in the novel SRM gives short flux paths, hence reducing the magnetomotive force required to drive the machine, resulting in significant reduction of copper wire and core losses compared to existing two-phase SRMs with flux paths that traverse the entire stator back iron. The concept and principle of operation of this novel SRM and its comparison to existing two-phase SRMs are detailed in this paper. Comparison between finite-element simulations and magnetic equivalent circuit (MEC) analysis for inductance are made and compared to experimentally measured characteristics. Furthermore, comparisons between a conventional two-phase SRM and the novel SRM are made in terms of its weight and output torque. Manufacturability and cost savings of the unique SRM structure are presented. It is shown that the E-core SRM using common stator pole has 50% less iron in the magnetic path compared to a conventional two-phase SRM.      

开关磁阻电机两相励磁条件下互感的实验研究

通过引入互感的方法,表征开关磁阻电机相邻两相同时励磁条件下的每相磁链与单相励磁条件下每相磁链的差别,建立了互感的计算模型,采用实验的方法测取了样机的自感特性和互感特性,分析了互感随转子位置和相电流的变化规律。理论分析了两相励磁条件下互感对输出转矩的影响,并通过实验进行了验证。推导了计入互感时的相电压平衡方程和转矩建模方法,在此基础上完成了调速系统的建模和仿真。研究表明:偶数相开关磁阻电机存在电磁不对称励磁相,长磁路励磁相的负互感使输出转矩有所减小,一个导电周期内转矩波形不规则,转矩脉动有所增加,本文可为开关磁阻电机的准确建模及高性能控制提供理论依据。     

盘式开关磁阻电机临界重叠位置磁化曲线计算

针对三维有限元方法分析轴向磁场盘式开关磁阻电机时计算机配置要求高、耗时长及不适于电机的优化设计和基于定转子极中心线对齐位置和定子极中心线和转子槽中心线对齐位置这两个关键位置的磁路法计算精确度不高等问题,对转子齿前沿和定子齿前沿重叠位置即临界重叠位置处磁化曲线进行解析计算.利用三相6/4极和12/8极轴向磁场盘式开关磁阻电机的有限元仿真结果及磁阻最小原理划分该位置处磁链并进行计算,推导出该种电机临界重叠位置处磁化曲线,并与三维有限元方法的计算结果进行对比.分析结果表明,此种解析法的计算精确度符合要求.计算结果验证了解析分析计算的正确性.     

考虑磁路饱和的开关磁阻电机无位置 传感器控制方法

开关磁阻电机在磁路饱和情况下,其导通相电感会随导通相电流的变化而变化,从而影响转子位置估算精度,提出一种电机转子位置估算方法。首先建立了相电感函数关系式;然后分析了相电流与相电感极值定位点位置角之间的关系;最后阐述了由两相邻采样定位点来估算出相应的转子位置角度的实现过程。以三相6/4结构电机进行了相关仿真与实验,结果表明上述方法的可行性。     

考虑互感影响的开关磁阻电机无位置传感器控制技术

针对开关磁阻电机采用电流斩波控制(CCC)方式时相间互感对无位置传感器角度估算的影响,提出一种转子位置估算方法,该方法可以消除相间互感对位置估计的影响,并且无需测量相间互感大小。当电机在单相励磁区时,此时采用变系数电感模型方法进行角度估计;当电机在两相同时处于励磁区时,相间互感不为零,此时对导通相的磁链做差值运算以消除相间互感,最终通过实验对提出的转子位置估算方案进行验证。实验结果表明,与传统的忽略相间互感影响的转子位置估计方案相比,该方案能够消除互感对转子位置估计的影响,并且具有更高的估计精度,能够实现较大转速范围的无位置传感器稳定可靠运行。     

Design Method for Improving Motor Efficiency of Switched Reluctance Motor

The motor efficiencies of switched reluctance motors (SRMs) are inferior to those of permanent magnet synchronous motors. This paper describes a design procedure for an SRM to obtain a higher motor efficiency. The first step in the design procedure makes clear the principle for improving the motor efficiency. The cross‐sectional and axial shapes of the rotor and stator cores are designed by magnetic field analysis with the two‐dimensional (2D) and 3D finite element method. A high‐efficiency SRM with 12 stator poles and eight rotor poles is designed. The designed SRM was produced experimentally, and was tested to verify its performance. The motor efficiency was improved in comparison to the standard SRM with six stator poles and four rotor poles.     

电动车辆牵引用SRM初始转子位置估计

结合四相8/6极开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称:SRM),就电动车辆牵引用SRM无位置传感器的初始转子位置估计问题展开研究。利用原控制系统中的元件与各相绕组组成RCD回路,利用驱动电源注入电流,结合检测等效电路和电感分区模型,以及平行四边形电感模型,无需过多的电磁参数,通过解析方法分两步完成转子的实际位置角度值获取。最后,通过实验研究及统计分析,证明了该方法具有一定的实际意义,并对误差进行了分析。     

Two-Phase SRM With Flux-Reversal-Free Stator: Concept, Analysis, Design, and Experimental Verification

The demand for high-efficiency electric motor drives at low cost is increasing, particularly, in high-volume applications, such as household appliances. Single- and two-phase machines are viable under such constraints. Between them, two-phase switched reluctance motor drives are preferred from the viewpoint of performance. This paper presents a novel two-phase switched reluctance machine (TPSRM) that is conceived for high-efficiency operation and full-load starting performance for any initial rotor position. The principle of operation of the proposed TPSRM and its unique features such as the flux-reversal-free stator for reducing core losses, the utilization of only two thirds of the stator core for each phase operation, and the resulting low noise are presented. The machine is analyzed with the 2-D finite-element analysis method. Self-starting in the proposed machine is developed with rotor pole shaping, and a unique technique to provide the desired torque characteristics is described. The effect of varying pole arcs, the number of turns per pole, asymmetric pole placement, and rotor pole shaping on torque and phase inductance is evaluated to find the best machine dimensions for a required performance as well as to understand qualitatively the influence of each variable on the machine performance. Experimental results from a 2.2-hp laboratory prototype correlate the performance predictions and validate the claims for this novel TPSRM.