【摘 要】
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开关磁阻电机因其具有结构简单、成本低廉、无需永磁体等优势而备受青睐。随着电力电子技术的发展,开关磁阻电机进一步展现出其优异的调速性能,被广泛应用在电动车等领域中。但开关磁阻电机运行中需要转子位置信息,使用机械位置传感器会增加成本和降低系统可靠性。同时,其独有的双凸极结构和每相电流激励的非连续性,使得运行时的振动噪声较大。因此,亟待研究开关磁阻电机的低振动无位置传感器控制技术。本文在脉冲注入的基础上
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开关磁阻电机因其具有结构简单、成本低廉、无需永磁体等优势而备受青睐。随着电力电子技术的发展,开关磁阻电机进一步展现出其优异的调速性能,被广泛应用在电动车等领域中。但开关磁阻电机运行中需要转子位置信息,使用机械位置传感器会增加成本和降低系统可靠性。同时,其独有的双凸极结构和每相电流激励的非连续性,使得运行时的振动噪声较大。因此,亟待研究开关磁阻电机的低振动无位置传感器控制技术。本文在脉冲注入的基础上,提出了一种无需预知电感信息的初始定位方法——响应电流峰值包络线回归分析法。将一个电周期内各相绕组对注入脉冲的响应电流峰值的包络线拟合为关于转子位置角的多项式,依据相电感间的相位差,通过回归分析各相响应电流峰值和假设转子位置角度之间的函数关系,推算出与实际响应电流峰值包络线间的偏移角度,从而估算转子的初始位置。此外,针对由于检测误差引起的三相响应电流峰值的不对称情况,提出利用相电感曲线上三个特定位置处的响应电流信息进行最小二乘法的拟合校准,将不对称的两相校准成与参考相近似对称。针对传统的单相脉冲注入法需设置电流阈值、而传统双相脉冲注入法的导通区间滞后等问题,提出了一种两相脉冲响应电流峰值差法无位置传感器控制策略。检索两相响应电流峰值差的极大值点,将其作为转子位置更新点,进行转速和位置的计算。同时鉴于电流采样值的离散性,在转子位置更新点处通过曲线拟合来准确获得转子位置。对两相脉冲响应电流峰值差法进行位置误差分析,因脉冲频率和曲线拟合数据选择不同而产生的随机误差是范围可控的误差,根据扰频理论,将其应用于开关磁阻电机每相绕组开通和关断角度的随机变化。同时,针对相电流关断时刻径向力突然消失所造成的大振动加速度,构造了可抑制径向力三次谐波分量的关断电流波形,与具有随机开关角变化的两相脉冲响应电流峰值差法相结合,对振动噪声进行抑制。仿真结果表明,此方法使开关磁阻电机径向合力和振动加速度的各阶次谐波幅值都有着很大程度的降低。最后,搭建了实验平台,以一台额定转速为1500r/min的三相12/8极开关磁阻样机为研究对象进行了实验验证。以位置传感器获得的转子位置为参照,分析本文方法的位置检测精度和误差原因,并测量了振动加速度和噪声的大小。实验结果表明,开关磁阻电机起动迅速,两相响应电流峰值差法的位置检测误差较小,额定转速下最大误差只有1.34°;具有随机开关角变化的两相脉冲响应电流峰值差法与构造关断电流波形控制结合,对振动噪声的抑制效果好,额定转速下振动加速度降低了7.1%,噪声降低了2.4%。
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