專利名稱：一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電流控制方法，尤其涉及一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法。
背景技術：
開關磁阻電動機在起動及低速運行時常采用電流斬波控制方式。由于CM/每次發送信號之前，都要依次對系統的故障信號、電機起停信號、電機正反轉信號以及電機轉子位置信號等進行采集和判斷，根據電機的位置信號確定導通相，然后根 據當前電機轉速確定控制方式，執行相應的控制程序后給開關管發送 *#信號。當使用一般的微處理器作為主控GPI/時，執行以上程序的時間會較長，也就是說JTKMr信號周期會較長。在相繞組開通初始，相繞組電感對轉子位置角的變化率較小，且電機轉速較低時旋轉電動勢也較小，在正向電源電壓的作用下，相繞組電流會快速上升，在一個PffM信號周期內會迅速超出繞組電流斬波上限值。當CPU檢測到繞組實際電流值大于斬波上限值后，將在下一周期關斷開關管，使繞組電流下降。此時，若采用反壓續流方式，在反向電源電壓的作用下，繞組電流會迅速下降，并在一個/TOr信號周期內會迅速降至繞組電流斬波下限值以下。基于以上原因，導致電流斬波控制方式下的電流變化幅度增大，波形嚴重不平滑，電磁噪聲較大。因此，需要一種能使電流波形平滑、斬波電流在上下限值范圍內的電流波形控制方法，從而降低電磁噪聲。
發明內容
本發明的目的是針對已有電流斬波控制方式的不足，在已有控制方式的基礎上提出一種簡單實用的使開關磁阻電動機繞組電流波形更平滑、電磁噪聲更小的控制方法。本發明所采用的技術方案是一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法，其特征在于該開關磁阻電動機的步進角為15"，轉子極距角為45%每相繞組導通周期為轉子凸極轉過一個步進角的區間，相繞組的開通角固定在開關磁阻電動機定子凸極與轉子凹槽中心對齊的位置即OM立置，關斷角固定在從0°位置開始，轉子按旋轉方向轉過一個步進角的位置；每相繞組采用兩個開關進行控制，分別串聯在開關磁阻電動機繞組線圈的上下兩側，每相繞組導通周期內，相繞組導通周期的電流上升區、相繞組導通周期斬波區的電流上升段、相繞組導通周期斬波區的電流下降段內的PIRWr信號均采用定頻調寬控制方法，但是三者PiRWr信號的占空比不同；在相繞組導通周期外的電流下降區，上下兩個開關管為關斷狀態。兩個開關皆為可控制其開通與關斷的全控型功率半導體器件。相繞組導通周期的電流上升區，」ww信號占空比大于斬波區電流下降段 f信號占空比，隨著電機實際轉速的增加，相繞組導通周期的電流上升區、斬波區的電流上升段及斬波區的電流下降段占空比的大小也相應增加，相繞組導通周期的電流上升區信號占空比的設置值要保證繞組電流在轉子凸極與定子凸極開始重合前的2°位置達到斬波電流上限值；在相繞組導通周期斬波區的電流上升段的PWM信號占空比大于相繞組導通周期電流上升區的JTW信號占空比，且JjIW信號占空比的設置值要保證繞組電流總體呈現上升趨勢且上升速度較慢；在相繞組導通周期斬波區的電流下降段，PWM信號占空比的設置值要保證繞組電流總體呈現下降趨勢且下降速度較慢；在相繞組導通周期外的電流下降區，相繞組兩端施加反向電源電壓，使相繞組電流快速下降。在每相繞組導通周期內，與該相繞組串聯的上下兩個開關管輪流導通和斬波，在
前, 導通周期，由上開關管導通而下開關管斬波，而后. 導通周期，由上開關管斬波下開
關管導通；或者是在前導通周期，由上開關管斬波而下開關管導通，而后導通周期由上開關管導通而下開關管斬波。本發明有益效果是(I)可以解決當Piraf信號周期較長時，開關磁阻電動機在低速空載條件下因繞組電流超出給定斬波電流上限值較多或低于給定斬波電流下限值較多 而導致不能穩速的問題；(2)可以明顯改善開關磁阻電動機在電流斬波控制方式下繞組電流的波形，使電流實際平均斬波上限與下限之差減小，電流波形更加平滑，從而使電動機的電磁噪聲更小。
圖I為一相繞組電感曲線、電流波形、上開關管 !^信號、下開關管PIW信號的對應關系不意圖
圖2為12/8極開關磁阻電動機A相繞組開始通電時刻的定轉子相對位置示意3為12/8極開關磁阻電動機順時針旋轉時A相繞組停止通電時刻的定轉子相對位置示意圖
圖4為12/8極開關磁阻電動機逆時針旋轉時A相繞組停止通電的時刻定轉子相對位置示意圖
圖5為12/8極開關磁阻電動機功率變換電路連接示意圖 圖6為PWM信號發送之前控制方式選擇流程圖。
具體實施例方式以定轉子極數為12/8極的三相開關磁阻電動機為例，對本發明的實施方案詳細說明
實現本控制方法所采用的CPI7為數字信號處理器:DSP，功率變換電路開關管采用全控型功率半導體器件KJBT。三相開關磁阻電動機的三相繞組包括A相、B相、C相。圖I中共有四條曲線，其中，Hff)為A相繞組電感曲線，i為對應的A相繞組電流波形，PKMl和PWM2分別為與A相繞組串聯的上開關管和下開關管的JWM驅動信號曲線。如圖I所示，在A相繞組_曲線最小電感區的>0 = 0°位置，即A相繞組定子凸極與轉子凹槽中心對齊位置開始通電，當轉子轉過一個步進角15B后，停止對該相繞組通電，此時轉子位置為G 二 。圖2所示的定轉子相對位置為A相繞組開始通電時刻，若電機為順時針旋轉，則
在如圖3所示的定轉子相對位置處停止對A相繞組通電；若電機為逆時針旋轉，則在如圖4所示的定轉子相對位置處停止對A相繞組通電。圖I中，當61 = 0°時，A相繞組的開關管開通，A相繞組電流從零開始上升；當轉子位置轉到G = G7時，繞組電流達到電流斬波上限值1 ，開始斬波，即關斷A相繞組中的一個開關管，繞組電流開始緩慢下降；當電機轉子轉到位置角色時，電流下降到電流斬波下限
值&，已關斷的開關管重新導通，電流又開始上升。在A相繞組導通期間，其中一個開關管如此反復通斷，另一個保持始終開通狀態，使繞組電流在斬波下限值與斬波上限值之間波動，直到轉子位置轉到0 = 位置時，A相繞組的兩個開關管全部關斷，繞組電流i 一直下
降至零。當轉子轉過一個極距角45°后，對A相繞組重復以上過程，如此周而復始。在A相繞組導通期間，當上、下兩開關管均為開通狀態時，則繞組兩端所加的電壓為正向電源電壓；當上、下兩開關管其中一個為開通狀態，而另一個為關斷狀態時，則繞組兩端所加的電壓為零壓；當上、下兩開關管均為關斷狀態時，則繞組兩端所加的電壓為反向電源電壓。圖I中，
(0'52)為電流上升區；對應的時間為Ir為斬波區，其中包括若干個斬波周期武
，其對應的時間為4，而每個斬波周期又分為電流上升段和電流下降段，為電流下降段，對應的時間為匕；_*為)為電流上升段，對應的時間為b為電流下降區，
對應的時間為矽。T為固定的信號的周期時間，在(0'￡>2)區間即電流上升區內，設置繞組上開關管IGBT的驅動信號PKMl的高電平時間為h，繞組下開關管IGBT的驅動
辟PIW2貼紐匕力腿在俯軀白勺流T釀8口1^丨、_，@貯雜通周期時，設置繞組上開關管MiiT的驅動信號JWMl的高電平時間力T2繞組下開關管
IGBT的驅動彳目號FWMlL的占空比為100% ’當轉子轉過/*2導通周期后，設直繞組上開關管IGBT的驅動信號J5IW I的占空比為100%,繞組下開關管IGBT的驅動信號的高電平時間為I2 ;在斬波區的電流上升段即#^時間內，當轉子未轉過>&導通周期時，設置繞組上開關管IGBT的驅動信號J1WMl的高電平時間為rS，繞組下開關管IGBT的驅動信號J3WM 2的占空比為，當轉子轉過. 導通周期后，設置繞組上開關管ICTiT1的驅動信號JTWI的占空比為100%，繞組下開關管IGBT的驅動信號P af2的高電平時間為％。其中,即在斬波區電流上升段的Jpwm信號占空比大于電流上升區的pjpaf
信號占空比，在電流上升區的iTW信號占空比大于斬波區電流下降段的PKM信號占空比。 B相繞組和C相繞組的控制方法與A相繞組相同，但相位依次相差一個步進角的機、械角度。如圖5所示，通過控制該功率變換電路主開關管的通斷，實現對電機繞組施加正向電源電壓、零壓和反向電源電壓。功率變換電路中每相繞組采用兩個兩單元封裝的
IGBT模塊，每個IGBT兩端反并聯有快恢復二極管。<^至€^為無感電容，用于吸收KJBT
開通與關斷時所產生的尖峰電壓。以A相繞組為例，在實際使用時，每一個模塊中只使用一
個IGBT與一個二極管，例如可以只使用"^和1^作為上開關管和下開關管，使用03和03
作為快恢復二極管，而在T3與T3的驅動端施加幅值不超過20V的負的直流電壓，使T2與T3處于完全關斷狀態。這樣當T1與T4同時開通時，繞組兩端所施加的電壓為正向電源電壓Us 開通，T4關斷時，繞組通過T1與二極管1>3續流，忽略!^與!^自身的壓降，則繞 組兩端所施加的電壓為OV ;當T1關斷T4開通時，繞組通過T4與二極管Ds續流，忽略T4與D2自身的壓降，則繞組兩端所施加的電壓也為OV ;當1與1"4同時關斷時，繞組通過二極管D2與05續流，則繞組兩端所施加的電壓為反向電源電壓Us。也可以只使用Ts和1作為上開關管和下開關管，使用01和1}4作為快恢復二極管，而在T1 的驅動端施加幅值不超過20V的負的直流電壓，使!^與1^處于完全關斷狀態。這樣當!^與1^同時開通時，則繞組兩端所施加的電壓為正向電源電壓Us ;當1"2開通T3關斷時，繞組通過T2與二極管D4續流，忽略12與04自身的壓降，則繞組兩端所施加的電壓為OV ;當1*2關斷，Ts開通時，繞組通過T3與二極管!^續流，忽略T3 IjDl自身的壓降，則繞組兩端所施加的電壓也為0V;當T3與Ts同時關斷時，繞組通過二極管01與04續流，則繞組兩端所施加的電壓為反向電源電壓Us。如圖6所示，在每次發送PIRIf信號之前，首先判斷系統中是否有故障信號。若 存在故障，則關斷所有的IGBT，停止為電機繞組供電；若無故障，則判斷電機起動按鈕是否按下。若電機起動標志為停止狀態，則關斷所有的IGBT ;若為起動狀態，判斷電機起動過程是否完成。若起動未完成，則轉去執行電機起動子程序；若起動已完成，則執行位置信號檢測程序，確定出應通電相，同時，根據位置信號來判斷電機是否堵轉，若電機出現堵轉，則關斷所有的IGBT ;若電機運行正常，則對電機的轉速進行判斷，當電機實際轉速小于某
一設定轉速N1時，則轉去執行電流斬波控制方式子程序，當電機實際轉速大于某一設定轉速巧時，則轉去執行電壓PJW控制方式或角度位置控制方式子程序，其中與< 2且N1 -N7 >100。在電流斬波控制方式子程序中，首先根據給定轉速與實際轉速的速度偏差計算出繞組電流給定值，由電流給定值及所設定斬波限就可以得到斬波電流上、下限值，然后根據給定電流與繞組實際電流的差值確定出應發送的PKif信號的占空比所對應的數值，將此數值寫入DSP中相應的控制寄存器，就實現了對IGBT通斷的控制，從而實現電流波形的控制。
權利要求
1.一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法，該開關磁阻電動機的步進角為15°，轉子極距角為45"，每相繞組導通周期為轉子凸極轉過一個步進角的區間，相繞組的開通角固定在開關磁阻電動機定子凸極與轉子凹槽中心對齊的位置即OM立置，其特征在于關斷角固定在從OM立置開始，轉子按旋轉方向轉過一個步進角的位置；每相繞組采用兩個開關進行控制，分別串聯在開關磁阻電動機繞組線圈的上下兩側，每相繞組導通周期內，相繞組導通周期的電流上升區、相繞組導通周期斬波區的電流上升段、相繞組導通周期斬波區的電流下降段內的iW信號均采用定頻調寬控制方法，但是三者信號的占空比不同；在相繞組導通周期外的電流下降區，上下兩個開關管為關斷狀態。
2.根據權利要求I所述的一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法，其特征在于所述兩個開關皆為可控制其開通與關斷的全控型功率半導體器件。
3.根據權利要求I所述的一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法，其特征在于在所述相繞組導通周期的電流上升區，PJRWr信號占空比大于所述斬波區電流下降段PIRlf信號占空比，隨著電機實際轉速的增加，所述相繞組導通周期的電流上升區、斬波區 的電流上升段及斬波區的電流下降段占空比的大小也相應增加，相繞組導通周期的電流上升KPIRIf信號占空比的設置值要保證繞組電流在轉子凸極與定子凸極開始重合前的r 2'位置達到斬波電流上限值；在所述相繞組導通周期斬波區的電流上升段的JWM信號占空比大于所述相繞組導通周期電流上升區的i r信號占空比，且JWM信號占空比的設置值要保證繞組電流總體呈現上升趨勢且上升速度較慢；在所述相繞組導通周期斬波區的電流下降段，Piraf信號占空比的設置值要保證繞組電流總體呈現下降趨勢且下降速度較慢；在所述相繞組導通周期外的電流下降區，相繞組兩端施加反向電源電壓，使相繞組電流快速下降。
4.根據權利要求I所述的一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法，其特征在于在每相繞組導通周期內，與該相繞組串聯的上下兩個開關管輪流導通和斬波，在前%導通周期，由上開關管導通而下開關管斬波，而后M導通周期，由上開關管斬波下開關管導通；或者是在前M導通周期，由上開關管斬波而下開關管導通，而后M導通周期由上開關管導通而下開關管斬波。
全文摘要
本發明涉及一種開關磁阻電動機繞組電流波形的控制方法。該開關磁阻電動機的步進角為15°，轉子極距角為45°，每相繞組導通周期為轉子凸極轉過一個步進角的區間，相繞組的開通角固定在開關磁阻電動機定子凸極與轉子凹槽中心對齊的位置即0°位置，關斷角固定在從0°位置開始，轉子按旋轉方向轉過一個步進角的位置；每相繞組采用兩個開關進行控制，分別串聯在開關磁阻電動機繞組線圈的上下兩側，每相繞組導通周期內，相繞組導通周期的電流上升區、相繞組導通周期斬波區的電流上升段、相繞組導通周期斬波區的電流下降段內的PWM信號均采用定頻調寬控制方法，但是三者PWM信號的占空比不同；在相繞組導通周期外的電流下降區，上下兩個開關管為關斷狀態。
文檔編號H02P6/20GK102751921SQ201210170679
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者宋建成, 宋淵, 曲兵妮, 賈會永 申請人:太原理工大學