本發(fā)明是涉及一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全域磁鏈測(cè)試方法，屬于電機(jī)測(cè)試領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、可靠性能高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已得到各行各業(yè)的重視和認(rèn)可。而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種高磁飽和工作的電機(jī)，其參數(shù)為非線性。特別是電機(jī)的磁鏈參數(shù)，電機(jī)的磁鏈不僅與電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，同時(shí)與電機(jī)繞組的電壓和電流有關(guān)。傳統(tǒng)采用的機(jī)械分度儀測(cè)量電機(jī)磁鏈，每次測(cè)量都需要人為調(diào)節(jié)分度儀并將軸固定在待測(cè)位置，使測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且忽略了人為因素對(duì)電機(jī)測(cè)量造成的影響，給電機(jī)性能評(píng)價(jià)造成了巨大誤差，同時(shí)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制等造成極大的控制誤差。為此開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)靜態(tài)磁鏈的測(cè)量，對(duì)電機(jī)本體設(shè)計(jì)與優(yōu)化，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的整體性能顯得至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決采用傳統(tǒng)的機(jī)械分度儀測(cè)量開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈繁瑣且誤差大的問(wèn)題，提供了一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全域磁鏈測(cè)試方法。

本發(fā)明方法使用的裝置包括開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、直流電源、開(kāi)關(guān)、電容、功率變換器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DSP主控制器、PC，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的每相繞組與功率變換器相應(yīng)的相相連接，直流電源的正極與開(kāi)關(guān)相連，開(kāi)關(guān)的另一端與電容的正極和功率變換器輸入母線的正端相連，直流電源的負(fù)極與電容的負(fù)極和功率變換器輸入母線的負(fù)端相連。

DSP主控制器控制功率變換器向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組相應(yīng)的相供電。

電壓傳感器采集相繞組的電壓和電流傳感器采集相繞組的電流并輸出給DSP主控制器。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出端與步進(jìn)電機(jī)的控制端相連，并受DSP主控制器的控制，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸固定連接。

DSP主控制器將分析運(yùn)算后的數(shù)據(jù)傳遞給PC計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和后處理。

一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全域磁鏈測(cè)試方法包括以下步驟：

步驟一、設(shè)定n為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子測(cè)量位置的變量，且初始化為n＝1，θ₁為測(cè)試起始位置。

步驟二、DSP主控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步進(jìn)角度θb，與步進(jìn)電機(jī)固定連接的轉(zhuǎn)子軸使開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在測(cè)量位置θn，0≤θn≤360°。

步驟三、DSP主控制器控制開(kāi)關(guān)閉合向電容和功率變換器供電。

步驟四、待電容充電完成，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，此時(shí)電容電壓為U，DSP主控制器驅(qū)動(dòng)功率變換器被測(cè)試相的IGBT，使直流電壓U加到相繞組被測(cè)試相的兩端。

步驟五、DSP主控制器通過(guò)電壓傳感器和電流傳感器采集被測(cè)相繞組的電壓瞬時(shí)值u(k)和電流瞬時(shí)值i(k)，采樣周期為ΔT，數(shù)據(jù)采集完成后，關(guān)閉作用到IGBT上的驅(qū)動(dòng)。

步驟六、DSP主控制器通過(guò)下述公式獲取每個(gè)采樣周期ΔT內(nèi)相繞組的磁鏈，進(jìn)而獲得在轉(zhuǎn)子測(cè)量位置θ_n時(shí)，不同相繞組在每一瞬變電壓值和瞬變電流值對(duì)應(yīng)的磁鏈：

；

其中，N為測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)；

R為相繞組的等效電阻；

為磁鏈初值。

步驟七、將所有數(shù)據(jù)上傳到PC(11)上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與后處理。

步驟八、判斷是否滿足n×θb≤360°。

判斷結(jié)果為是，n＝n+1，執(zhí)行步驟二，判斷結(jié)果為否，完成該測(cè)試相獲取開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全域磁鏈，進(jìn)行下一相測(cè)試，所有測(cè)試相都測(cè)試完成后，停止測(cè)量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)不同位置時(shí)的磁鏈被精確測(cè)量，測(cè)量精度高，測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)量速度快，獲得全域范圍的磁鏈的數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法流程圖，圖2是本發(fā)明測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是相繞組兩端加載的階躍電壓示意圖，圖4是轉(zhuǎn)子位置固定時(shí)隨著采樣時(shí)間變化而變化的相繞組電流曲線示意圖，圖5是全域磁鏈曲線簇示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1至圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式方法使用的裝置包括裝置包括開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、直流電源1、開(kāi)關(guān)2、電容3、功率變換器4、步進(jìn)電機(jī)7、電壓傳感器8、電流傳感器9、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10、DSP主控制器11、PC計(jì)算機(jī)12，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的每相繞組5與功率變換器4相應(yīng)的相相連接，直流電源1的正極與開(kāi)關(guān)2相連，開(kāi)關(guān)2的另一端與電容3的正極和功率變換器4輸入母線的正端相連，直流電源1的負(fù)極與電容3的負(fù)極和功率變換器4輸入母線的負(fù)端相連，開(kāi)關(guān)2的開(kāi)合由DSP主控制器11控制，

DSP主控制器11控制功率變換器4向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組5相應(yīng)的相供電。

電壓傳感器8采集相繞組5的電壓和電流傳感器9采集相繞組5的電流并輸出給DSP主控制器11。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10輸出端與步進(jìn)電機(jī)7的控制端相連，并受DSP主控制器11的控制，步進(jìn)電機(jī)7的輸出軸與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸6固定連接。

DSP主控制器11將分析運(yùn)算后的數(shù)據(jù)傳遞給PC計(jì)算機(jī)12存儲(chǔ)和處理。

一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全域磁鏈測(cè)試方法包括以下步驟：

步驟一、設(shè)定n為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子測(cè)量位置的變量，且初始化為n＝1，θ₁為測(cè)試起始位置。

步驟二、DSP主控制器11控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10使步進(jìn)電機(jī)7旋轉(zhuǎn)一個(gè)步進(jìn)角度θb，與步進(jìn)電機(jī)7固定連接的轉(zhuǎn)子軸6使開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在測(cè)量位置θn，0≤θn≤360°。

步驟三、DSP主控制器11控制開(kāi)關(guān)2閉合向電容3和功率變換器4供電。

步驟四、待電容3充電完成，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)2，此時(shí)電容3電壓為U，DSP主控制器11驅(qū)動(dòng)功率變換器4被測(cè)試相的IGBT，使直流電壓U加到相繞組5被測(cè)試相的兩端。

步驟五、DSP主控制器11通過(guò)電壓傳感器8和電流傳感器9采集被測(cè)相繞組5的電壓瞬時(shí)值u(k)和電流瞬時(shí)值i(k)，采樣周期為ΔT，數(shù)據(jù)采集完成后，關(guān)閉作用到IGBT上的驅(qū)動(dòng)。

步驟六、DSP主控制器11通過(guò)下述公式獲取每個(gè)采樣周期ΔT內(nèi)相繞組5的磁鏈，進(jìn)而獲得在轉(zhuǎn)子測(cè)量位置θ_n時(shí)，不同相繞組3在每一瞬變電壓值和瞬變電流值對(duì)應(yīng)的磁鏈：

；

其中，N為測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)；

R為相繞組的等效電阻；

為磁鏈初值。

步驟七、將所有數(shù)據(jù)上傳到PC11上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與后處理。

步驟八、判斷是否滿足n×θb≤360°。

判斷結(jié)果為是，n＝n+1，執(zhí)行步驟二，判斷結(jié)果為否，完成該測(cè)試相獲取開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全域磁鏈，進(jìn)行下一相測(cè)試，所有測(cè)試相都測(cè)試完成后，停止測(cè)量。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈?zhǔn)欠蔷€性的，轉(zhuǎn)子位置不同時(shí)，磁鏈不同；相繞組3中電壓和電流值不同時(shí)，磁鏈也不同。精確測(cè)量開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的非線性磁鏈難度很大。

本實(shí)施方式中DSP主控制器11控制開(kāi)關(guān)2的開(kāi)通和關(guān)斷，進(jìn)而控制直流電源1是否向電容和功率變換器4加載電源，直流電源1加載的電壓為U。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組每相都有電壓傳感器8和電流傳感器9進(jìn)行信號(hào)采集，測(cè)試時(shí)只采集測(cè)試相的電壓和電流值。

首先設(shè)定n＝1，此時(shí)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為θ₁，轉(zhuǎn)子位置的確定很容易，零位置為預(yù)先設(shè)定的，可以獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后到達(dá)的位置確定的角度信息。本方法涉及的轉(zhuǎn)子可以不用從零位置開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，為了獲得轉(zhuǎn)子360度范圍內(nèi)全域的電機(jī)的靜態(tài)磁鏈信息，只要讓控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)360度即可。

DSP主控制器11控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10使步進(jìn)電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，每次旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)角度為θ_b，步進(jìn)電機(jī)7的輸出軸與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸6固定連接，即，步進(jìn)電機(jī)7每旋轉(zhuǎn)一個(gè)步進(jìn)角度θ_b，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)也跟著旋轉(zhuǎn)角度θ_b，即當(dāng)n＝2時(shí)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為θ₁+θ_b，依此類(lèi)推。

當(dāng)n＝1，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為θ₁時(shí)，測(cè)量開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組5中磁鏈的測(cè)量工作原理如下：

此時(shí)相繞組5的電壓方程為：

---(1)；

可以解得相繞組5的磁鏈方程為：

---(2)；

將上式離散化得相繞組在每一瞬變電壓值和瞬變電流值對(duì)應(yīng)的磁鏈：

---(3)；

其中： 為相繞組5兩端加載的電壓值，如圖3所示；

為相繞組5的電流值，如圖4所示；

為相繞組5的磁鏈；

R為相繞組5的等效電阻；

為初始磁鏈。

DSP主控制器11開(kāi)始采樣并計(jì)算，采樣主要指通過(guò)電壓傳感器7采集相繞組5兩端的電壓值和通過(guò)電流傳感器8采集相繞組5中的電流值，采樣周期為ΔT，在對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣周期的相繞組5的磁鏈根據(jù)公式(3)獲得，此時(shí)獲得的相繞組3的磁鏈為相繞組5的電流值為(0+ I₁)/2和電壓值為(U+ U₁)/2時(shí)對(duì)應(yīng)的磁鏈值，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的采樣周期ΔT很小，可達(dá)1ns，所以，我們近似的認(rèn)為此時(shí)的磁鏈為某個(gè)采樣周期ΔT結(jié)束時(shí)的電流結(jié)束值和電壓結(jié)束值對(duì)應(yīng)的磁鏈，依此類(lèi)推，計(jì)算各個(gè)采樣周期電流結(jié)束值和電壓結(jié)束值對(duì)應(yīng)的磁鏈、……、，直到采樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到最終值N，結(jié)束采樣。

第一個(gè)采樣周期，相繞組5的電流初始值為0，電壓初始值U，電流結(jié)束值I₁，電壓結(jié)束值U₁，代入公式(3)獲得相繞組5電流值I₁和電壓值U₁對(duì)應(yīng)的磁鏈。

第二個(gè)采樣周期，相繞組5的電流初始值I₁，電壓初始值U₁，電流結(jié)束值I₂，電壓結(jié)束值U₂，代入公式(3)獲得相繞組5電流值I₂和電壓值U₂對(duì)應(yīng)的磁鏈。

依此類(lèi)推，直到獲得相繞組5在最終采樣點(diǎn)N處電流值I_N和電壓值U_N對(duì)應(yīng)的磁鏈。

按照如上方法獲得轉(zhuǎn)子其它位置時(shí)隨相繞組5中的電流值和電壓值不同而變化的各組磁鏈值，即完成全域磁鏈的測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果繪制成如圖5所示的曲線，圖中繪制的是一簇曲線，橫坐標(biāo)為相繞組3的電流值，縱坐標(biāo)為磁鏈，多條曲線分別表示相繞組在不同位置θ₁、θ₂、θ₃……θ_a-1、θ_a時(shí)的瞬時(shí)磁鏈曲線，全面的反映了磁鏈的數(shù)值。

其中，θ_a=/N_r，N_r為轉(zhuǎn)子極數(shù)，圖5顯示的曲線簇為360度電氣角前半周期的磁鏈，即θ_a之前的磁鏈，θ_a之后的磁鏈同θ_a之前的磁鏈鏡像對(duì)稱。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，它還包括開(kāi)關(guān)2，開(kāi)關(guān)2受DSP主控制器11的控制，其它與實(shí)施方式一相同。

DSP主控制器11發(fā)送閉合信號(hào)，開(kāi)關(guān)2閉合，電容3和功率變換器4得電，兩端電壓為直流電源1供給電壓U，DSP主控制器11發(fā)送斷開(kāi)信號(hào)，開(kāi)關(guān)2斷開(kāi)，此時(shí)在磁鏈測(cè)試前電容電壓為U，在磁鏈測(cè)試后，電容電壓如圖3所示逐漸降低。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，步驟三所述階躍電壓U＝1.2I_eR，其中，I_e為相繞組3的額定電流，R為相繞組3的等效電阻，其它與實(shí)施方式一相同。

加載在相繞組3兩端的電壓值這樣設(shè)置果比較好，不會(huì)出現(xiàn)燒電機(jī)。