本發(fā)明涉及一種考慮互感耦合的快速獲取三相12/8極開關(guān)磁阻電機磁鏈特性的方法，無需轉(zhuǎn)子位置固定裝置，屬于電機測試領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(SRM)屬于變磁阻電機的一種，其運行遵循“最小磁阻原理”，運動由定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻變化產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子無繞組。由于結(jié)構(gòu)簡單、堅固，可靠性高，加上低損耗，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，使其具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于雙凸極結(jié)構(gòu)，且電機磁路局部設(shè)計較為飽和，使得電磁特性呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性，以至于精確的磁鏈模型很難得到，而磁鏈特性又是SRM的基本特性，關(guān)系到電機的優(yōu)化設(shè)計、電機性能的提高和更優(yōu)的控制方法的實現(xiàn)。因此獲得精確的磁鏈特性，對開關(guān)磁阻電機的深入研究具有重要意義。目前，獲得磁鏈特性的方法主要分為計算法和測量法兩大類。有限元分析法是一般首選的計算方法。但是由于有限元法建模困難，解析過程復(fù)雜，計算時間周期長，而且需要精確的電機尺寸和材料特性，電機端部效應(yīng)的影響很難被計入，所以測量法仍是目前獲取磁鏈特性的主要方法。測量法又分為直接測量法和間接測量法。直接測量法需要將磁場傳感器或感應(yīng)線圈裝入電機內(nèi)部測量，不僅操作不便而且成本較高，故很少采用。間接測量法基于SRM相電壓平衡方程，通過測量電機繞組端電壓和繞組上流過的電流，運用數(shù)值積分間接地計算出磁鏈數(shù)據(jù)。但間接測量法往往需要高精度的位置傳感器和轉(zhuǎn)子位置固定裝置，增加了測試系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了測試成本。并且，完全通過測試獲得完整的磁鏈特性是一個既耗時又復(fù)雜的工作。目前，已經(jīng)存在一種不需要轉(zhuǎn)子位置固定裝置和位置傳感器的磁鏈特性測試方法，通過測試個別位置的磁鏈數(shù)據(jù)，然后運用傅里葉級數(shù)獲得完整的磁鏈特性，操作簡單，大大提高了測試效率。這種方法雖然思路巧妙，但這種方法忽略了多相繞組導(dǎo)通時磁場耦合的影響，增大了測量誤差，降低了測量的準(zhǔn)確度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明結(jié)合測量法和計算法，在考慮互感耦合的情況下，提出了一種無需轉(zhuǎn)子位置固定裝置的獲取三相12/8極SRM磁鏈特性的快速方法。采用如下技術(shù)方案：步驟一，給電機A相繞組勵磁，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)到A相的對齊位置，記錄電壓和電流波形，通過計算獲得22.5°位置時的磁鏈；步驟二，撤除步驟一中勵磁，給電機B、C兩相繞組勵磁，轉(zhuǎn)子位置保持不動，記錄電壓和電流波形，通過計算獲得7.5°位置的磁鏈；步驟三，撤除步驟二中勵磁，先給電機B相勵磁，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到B相對齊位置，再給B、C兩相勵磁，記錄電壓和電流波形，通過計算獲得15°位置的磁鏈；步驟四，在步驟三的基礎(chǔ)上，給電機A、B、C相勵磁，轉(zhuǎn)子位置固定不動，記錄電壓和電流波形，通過計算獲得0°位置的磁鏈；步驟五，考慮磁場耦合對數(shù)據(jù)的影響，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；步驟六，將磁鏈曲線看成是分段函數(shù)，建立磁鏈特性的數(shù)學(xué)模型，利用上述4個位置的磁鏈數(shù)據(jù)，求解數(shù)學(xué)模型系數(shù)，獲得完整磁鏈特性。本發(fā)明的有益效果：①測量時無需轉(zhuǎn)子位置固定裝置，降低了實驗成本和實驗復(fù)雜性；②考慮了SRM互感耦合對磁鏈特性的影響，提高了測得磁鏈特性的準(zhǔn)確性；③縮短了獲取完整磁鏈特性的時間；④只需要測量4個位置的數(shù)據(jù)，降低了內(nèi)存要求，適用于大批量開關(guān)磁阻電機的產(chǎn)品測試。附圖說明圖1是實例測試平臺的原理圖。圖2是實例SRM靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖3是θ為22.5°時A相的電流和電壓波形。圖4是θ為22.5°時A相的磁鏈特性曲線。圖5是θ為22.5°時B(或C)相的電流和電壓波形。圖6是θ為7.5°時A相的磁鏈特性曲線。圖7是θ為22.5°時B(或C)相繞組的電壓和電流波形。圖8是θ為15°時A相的磁鏈特性曲線。圖9是θ為0°時A相的電流和電壓波形。圖10是θ為0°時A相的磁鏈特性曲線。圖11是實例所測磁鏈特性與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置固定法所測磁鏈特性對比。圖12是兩種不同的勵磁方式下電機磁場的分布。圖13是兩種不同的勵磁方式下磁鏈特性的對比。圖14是實例最終采用的四個位置的磁鏈曲線。圖15是磁鏈與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系。圖16是各系數(shù)與相電流之間的關(guān)系。圖17實例方法與轉(zhuǎn)子位置固定法獲得的完整磁鏈特性對比。具體實施方式以下結(jié)合附圖和具體實例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。實例所用電機為一個1kW三相12/8極的開關(guān)磁阻電機。開關(guān)磁阻電機的磁鏈ψ是相電流i和轉(zhuǎn)子位置θ的函數(shù)，可由電機的電壓平衡方程得到。電壓平衡方程如式(1)所示：v(t)＝Ri(t)+dψ(θ，i)/dt(1)其中v(t)為相電壓，i(t)為相電流，R為一相電阻，ψ(θ，i)為一相磁鏈，t為時間。式(1)可以寫成如下形式：利用計算機進(jìn)行數(shù)值積分，式(2)還可進(jìn)一步表示為：其中n表示計算的所有采樣點個數(shù)，k表示n之前的每一個采樣點，TS為采樣周期，ψ(n)為磁鏈，v(k)為相電壓，i(k)為相電流。因為電機內(nèi)無永磁體，所以磁鏈的初始值為0Wb。圖1為測試平臺的原理圖，采用不對稱半橋功率變換器。不對稱半橋功率變換器是連接直流電源和開關(guān)磁阻電機的功率開關(guān)部件。其中V1～V6為開關(guān)管(IGBT，MOSFET均可)；D1～D6為二極管；CS1～CS3為電流傳感器；VS1～VS3為電壓傳感器；PC為電腦；DSP為數(shù)字信號處理器；PC給DSP傳輸指令控制相電壓的頻率和占空比；DSP和門極驅(qū)動電路給功率變換器中的V1～V6提供開關(guān)信號。相電流和相電壓分別通過電壓傳感器VS1～VS3和電流傳感器CS1～CS3測量并儲存在示波器中以便后續(xù)處理。整個系統(tǒng)無轉(zhuǎn)子位置固定裝置，所以，使電機在某些位置時轉(zhuǎn)子所受合力矩為零，轉(zhuǎn)子位置固定不動是本方法的核心技術(shù)。一相轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式如下所示：其中W′(θ，i)為磁共能，Tph(θ，i)為一相轉(zhuǎn)矩。對于實例中的1kW三相12/8極開關(guān)磁阻電機，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2所示。各相曲線相差15°，可通過平移得到。各相之間靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可表示為：其中TA(θ)、TB(θ)和TC(θ)分別為A、B、C三相的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，θ是轉(zhuǎn)子的絕對機械角。定義A相非對齊位置的絕對機械角度為0°。步驟一：給A相繞組加勵磁電壓，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)到A相的對齊位置，即θ為22.5°。然后給A相繞組兩端加入直流脈沖電壓，此時記錄A相繞組的電流和電壓波形如圖3所示。通過公式(3)計算該位置的磁鏈如圖4所示，即θ為22.5°時的磁鏈特性曲線。步驟二：撤除對A相的勵磁，并同時對B、C相繞兩端加上相同的直流脈沖電壓，此時轉(zhuǎn)子仍然保持在θ為22.5°位置，原因如下：由公式(5)知，由上式知TB(22.5°)和TC(22.5°)的合力為0Nm，所以轉(zhuǎn)子會保持在原來位置。此時B、C兩相的磁鏈可由式(3)得到，A、B、C三相之間的磁鏈關(guān)系可表示為式(7)其中，ψA(θ)、ψB(θ)、ψC(θ)分別是A、B、C三相磁鏈。因此，由式(8)知ψA(7.5°)＝ψB(22.5°)＝ψC(22.5°)，所以，A相在θ為7.5°位置的磁鏈特性可以通過計算得到。如圖5為B(或C)相繞組的電壓和電流波形，圖6為計算得到的ψA(7.5°)的波形。步驟三：給B相單獨勵磁，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到B相的對齊位置。然后給B、C兩相繞組兩端同時加以相同的直流脈沖電壓，此時轉(zhuǎn)子會停在A相的非對齊位置，即θ為0°，由公式(5)知，所以，B、C兩相合力為0Nm，轉(zhuǎn)子維持在θ為0°位置不動。同理，B、C兩相的磁鏈可由式(3)得出，由式(7)知，所以ψA(15°)＝ψB(0°)＝ψC(0°)，A相在θ為15°位置的磁鏈特性可以通過計算得到。如圖7為B(或C)相繞組的電壓和電流波形，圖8為計算得到的ψA(15°)的波形。步驟四：由圖3可知，當(dāng)θ為0°時，TA(0°)＝0Nm，因此，在理想狀況下，給A相繞組加上勵磁電壓，轉(zhuǎn)子仍然不會轉(zhuǎn)動。但是，實際情況中，由于電機在機械加工時不可能是完全對稱的，θ為0°時不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子會向A相對齊位置轉(zhuǎn)動，所以在實例中，給B、C兩相加上恒定直流電壓的同時，給A相繞組兩端加直流脈沖電壓，此時電機轉(zhuǎn)子維持不動。此時記錄A相繞組的電流和電壓波形如圖9所示。由式(3)，可以得到ψA(0°)的波形如圖10。步驟五：通過以上四個步驟可以得到SRM在0°、7.5°、15°和22.5°位置上的磁鏈特性曲線。將所得曲線與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置固定法所得曲線進(jìn)行對比，如圖11所示。可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置在0°、7.5°和22.5°時，兩曲線吻合較好，而位置為15°時吻合度較差。這是由于測量15°位置時兩相同時勵磁，磁場耦合的影響。當(dāng)測量0°和7.5°位置時，雖然不止對一相勵磁，但是由于在0°和7.5°位置的空氣磁導(dǎo)率小，磁場難以飽和，所以磁場耦合可以忽略不計。對于實例中的電機，存在兩種不同的勵磁方式，如圖13所示，F(xiàn)orm1的勵磁方式為NNNSSSNNNSSS，F(xiàn)orm2的勵磁方式為NSNSNSNSNSNS。以B、C兩相為例，對于Form1，B、C兩相產(chǎn)生的磁場在定子軛中方向相同，這會促進(jìn)定子軛的磁場飽和，如圖12(a)所示。對于Form2，B、C兩相產(chǎn)生的磁場方向相反，會削弱定子軛的磁場，如圖12(b)所示。兩種方式對磁鏈特性的影響如圖13所示。因此，選用Form2的勵磁方式可使結(jié)果更加準(zhǔn)確。所測量的四個位置的磁鏈特性如圖14所示。步驟六：基于以上五個步驟得到的4個位置的磁鏈特性，本發(fā)明提出了一種獲取完整磁鏈特性曲線的快速方法。在相電流一定的情況下，磁鏈與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系如圖15所示。圖中磁鏈特性曲線被分成了三部分，分別為[0°，7.5°)、[7.5°，15°)和[15°，22.5°]。在各部分中，磁鏈可以表示為：式中a1，a2，b1，b2，k，m，n是待定的系數(shù)，θ是轉(zhuǎn)子位置，ψ(θ)是磁鏈函數(shù)，ψ7.5是7.5°位置時的磁鏈。由于磁鏈特性是光滑且連續(xù)的，所以列出以下方程：式中ψ0是0°位置時的磁鏈，ψ15是15°位置時的磁鏈，ψ22.5是22.5°位置時的磁鏈。求解上述方程的得到：由式(13)知，式(11)中的系數(shù)都可以用測出的0°，7.5°，15°，22.5°的磁鏈表示。由上述分析知，當(dāng)電流一定時，系數(shù)均可由式(13)確定，進(jìn)而，通過式(11)便可得到轉(zhuǎn)子在其他位置的磁鏈。此時只要改變電流大小，重復(fù)確定系數(shù)，通過式(11)便可得到不同電流大小下的磁鏈，從而得到完整的磁鏈特性曲線。圖16為電流大小和各系數(shù)之間的關(guān)系。將本實例所用方法和傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置固定法得到的磁鏈特性對比如圖17所示。經(jīng)驗證，兩種方法的數(shù)據(jù)吻合較好，驗證了提出方法的可行性與準(zhǔn)確性。