开关磁阻电动机转子间接位置检测技术的研究

  曾文禹，刘  闯，周  强

(南京航空航天大学，江苏南京：210016)

摘要：提出一种基于改进型磁链法的转子位置检测新方案。该方案在原有磁链法基础上进一步提高了位置解算速度与精度；同时，基于maⅱah／simulink对算法进行了仿真，最后结合一台350 w小功率开关磁阻电动机对该方案进行验证。仿真分析和试验结果验证了该检测方案的可行性。

    关键词：开关磁阻电动机；简化磁链法；位置检测

    中图分类号：tm352  文献标识码：a  文章编号：1004一7018(2010)04—0062一04

0引  言

    开关磁阻电动机驱动系统是20世纪80年中期兴起的一种新型调速系统，具有结构简单、调速方便、可靠性高等优点，在电力传动领域具有广阔的发展前景。

    对于开关磁阻电动机驱动系统而言，实时而准确的转子位置信息是其可靠运行的必要前提。传统的位置检测方案有光电式、电磁式、霍尔式等机械检测方案[1-2]，这些直接检测转子位置的传感器结比较复杂，安装也不方便，不仅增加了系统结构的复杂性，也增加了系统成本和潜在的不稳定性。在某些应用场合如航空航天设备、电动车辆等，去除传统的位置传感器尤为重要。

    迄今为止，各国学者对这一问题从各个角度做了大量研究，提出了多种间接位置检测方案，大致可分为两类[3]：

    (1)被动探测法(n0n—intmsive methods)

依据实际电机特性，通过直接测量系统端电压、电流及相关计算来获得转子位置信息，模型观测器法[4]、磁链／电流法[5]和互感电压法[6]等都属于此类。被动探测法没有内在固有的转速应用限制，但算法复杂，计算量大，需要高性能的数字处理芯片。(2)主动探测法(active probing meethods)

    通过向非激励相注入低幅值高频测试信号来得到相电感变化信息，而相电感的变化与转子位置的变化是一一对应的。电流监测法[7]、调制编码技术[8]和磁链检测法[9]都属于主动探测法。这些方法实现简单，但其有固有的转速应用限制，且可能在检测相产生负转矩。幅度调制编码技术中需要附加检测电阻与相绕组串联以方便信号检测，但不得不增加开关器件使检测电路与功率电路隔离[8]。

    邱亦慧和詹琼华等人提出了一种简化磁链法[10]的方案，该方案不需要转子每一位置的信息，只要能够判断是否已达到换相位置，由于换相位置一般都靠近电感****位置，而且磁链一电流曲线形状类似，因此算法中只测试存储****电感位置的磁链一电流曲线。实验中先从当前电流查到对应****电感位置的参考磁链，然后乘以一个小于1的系数k来得到对应换相位置的参考磁链值。此算法简单快速，但由于磁链簇在****电感位置分布密集、区分度不好，因此k的取值误差较大，这在一定程度上影晌系统位置解算的精度，限制了电机的****转速。

    本文提出了一种基于上述针对单相轮流导通运行方式的磁链法的间接位置检测的改进方案，方案中未采用检测****电感位置磁链，而是利用开关磁阻电动机的位置信号特征以及结构的对称性，利用测试两个特定位置的磁链一电流曲线结算出位置信号，对无位置传感器开关磁阻电动机在高速领域的研究提供了理论基础。

1简化磁链法的基本原理及算法改进

l 1基本原理

    磁链法于1991年由j．lyons等人首次提出[11]其最初的算法思想如下：

   如果已知从时刻0到时亥t间每一时刻的电压u和电流值i以及时刻0的初始磁链值ψ(o)，就可以积分算出绕组当前时刻t的实际磁链值。图1为基于有限元软件anasys得到的12／8电机的磁化曲线簇。由图1可知，不同的电感对应不同的磁链一电流蓝线，如果测出图1的磁链电流血线簇，作为三维表储存，再测量电流和估算磁链，查表即可知电感，也就知道了当前转子位置。

    此方法原理简单，但由于要建立并查找一个电流／磁链／位置的三维表，数据量大，算法复杂，计算时间长，并占用大量内存，灵活性差。

    针对磁链法的不足，为提高实时性和试用范围，减少所需内存，2001年华中的邱亦慧和詹琼华教授等人提出了简化磁链法[10]。该方法是在电机单相轮流导通且电流pwm控制的条件下提出的。在电机单相轮流导通时，并不需要知道转子每一个位置信号的信息，只要能够判断是