一种三相开关磁阻电机转矩脉动三电平抑制方法

摘要

一种三相开关磁阻电机转矩脉动三电平抑制方法，在转子位置区间[0°，θ_r/3]设置第一组转矩阈值，在转子位置区间[θ_r/3，θ_r/2]设置第二组转矩阈值，对相邻的A相和B相供电励磁，A相供电励磁比B相供电励磁超前θ_r/3，A相到B相的整个换相过程分为两个区间，在转子位置区间[0°，θ₁]区间A相使用第二组转矩阈值，B相使用第一组转矩阈值，临界位置θ₁是在换相过程中自动出现的，无需额外进行计算，总转矩控制在[T_e+th2_low，T_e+th2_up]之间；在转子位置区间[θ₁，θ_r/3]区间A相继续使用第二组转矩阈值，B相继续使用第一组转矩阈值，总转矩被控制在[T_e+th1_low，T_e+th1_up]之间，抑制了三相开关磁阻电机转矩脉动。

主权项

一种三相开关磁阻电机转矩脉动三电平抑制方法，其特征在于：a.在转子位置区间[0°，θ_r/3]设置第一组转矩阈值th1_low、th1_zero、th1_up，在转子位置区间[θ_r/3，θ_r/2]设置第二组转矩阈值th2_low、th2_zero、th2_up，这6个转矩阈值满足条件：th1_up＞th1_zero＞th2_up＞0    (1)0＞th1_low＞th2_zero＞th2_low    (2)|th1_zero|＝|th2_zero|    (3)|th1_up|＝|th2_low|    (4)|th2_up|＝|th1_low|    (5)其中，转子位置0°为最小相电感位置，转子位置θ_r为齿距角即一个转子周期，半个转子周期是θ_r/2；b.设置励磁状态S_A为A相供电励磁状态，励磁状态S_A＝1表示A相励磁电压为正，励磁状态S_A＝0表示A相励磁电压为零，励磁状态S_A＝‑1表示A相励磁电压为负；设置励磁状态S_B为B相供电励磁状态，励磁状态S_B＝1表示B相励磁电压为正，励磁状态S_B＝0表示B相励磁电压为零，励磁状态S_B＝‑1表示B相励磁电压为负，期望的总平滑转矩为T_e；c.对相邻的A相和B相供电励磁，A相供电励磁比B相供电励磁超前θ_r/3，此时，A相关断，B相开通，通过将A相到B相分为两个区间的换相过程，实现三相开关磁阻电机转矩脉动的三电平抑制；所述A相到B相分为两个区间的换相过程：(1)在转子位置区间[0°，θ₁]，A相使用第二组转矩阈值th2_low、th2_zero、th2_up，B相使用第一组转矩阈值th1_low、th1_zero，th1_up，临界位置θ₁是在换相过程中自动出现的，无需额外进行计算；(1.1)在转子位置0°位置进入B相导通周期，设定初始励磁状态S_B＝1，B相电流和转矩从0开始增大；励磁状态S_A保持原有状态S_A＝1，A相电流与转矩增加；总转矩增加；(1.2)当总转矩增加到转矩值T_e+th2_up，励磁状态S_A由1转换为‑1，A相转矩减小；B相保持原有状态，B相转矩继续增加；由于此时B相电感变化率及相电流较小，B相转矩增加速率小于A相转矩下降速率，总转矩变化趋势由A相决定，总转矩减小；(1.3)当总转矩首先减小到转矩值T_e+th1_low，不满足A、B两相状态转移条件，励磁状态S_A和S_B保持原有状态，总转矩继续减小；(1.4)当总转矩减小到转矩值T_e+th2_zero，触发A相状态由励磁状态S_A＝‑1转变为励磁状态S_A＝0，A相转矩减小，但减小速率比励磁状态S_A＝‑1时要小；B相保持原有励磁状态，转矩继续增加；此时在励磁状态S_A＝0，励磁状态S_B＝1的情况下，A相转矩减小速率大于B相转矩增加速率，总转矩减小；(1.5)当总转矩减小到转矩值T_e+th2_low，满足A相状态转移条件，A相状态由励磁状态S_A＝0转变为励磁状态S_A＝1，A相转矩增大；B相保持原有状态，转矩继续增加；总转矩增加；(1.6)当总转矩依次增加到转矩值T_e+th2_zero与T_e+th1_low，但均不满足A、B相的状态转移条件，总转矩继续增加；(1.7)当总转矩增加到转矩值T_e+th2_up，重复步骤(1.2)～(1.6)，B相状态未被触发而改变，保持励磁状态S_B＝1；A相励磁状态在1、0和‑1间切换，将总转矩控制在[T_e+th2_low，T_e+th2_up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[0°，θ₁]的脉动；(1.8)随着转子位置增大，B相电感变化率及电流增大到一定水平，在某一临界位置之后，当励磁状态S_A＝0，励磁状态S_B＝1时，A相转矩减小速率小于B相转矩增加速率，总转矩上升；(2)在转子位置区间[θ₁，θ_r/3]，A相继续使用第二组转矩阈值th2_low、th2_zero、th2_up，B相继续使用第一组转矩阈值th1_low、th1_zero、th1_up；(2.1)在转子位置θ₁位置，总转矩达到转矩值T_e+th2_up，A相状态切换为励磁状态S_A＝‑1；B相保持励磁状态S_B＝1，在该位置A相转矩在负供电电压激励下的下降速率大于B相转矩在正供电电压激励下的增加速率，因此总转矩下降；然而该状况在随后发生改变，随着转子位置增加，尽管A、B两相励磁状态均未变，但A相在励磁状态S_A＝‑1状态下的转矩下降速率小于B相在励磁状态S_B＝1状态下的转矩增加速率，从而总转矩上升；(2.2)当总转矩上升到转矩值T_e+th2_up，励磁状态S_A和励磁状态S_B均未被触发改变状态，总转矩继续上升；(2.3)当总转矩达到转矩值T_e+th1_zero，满足B相状态转移条件，励磁状态S_B转换为0，B相转矩减小；A相保持原有励磁状态S_A＝‑1，总转矩减小；(2.4)当总转矩减小到转矩值T_e+th2_up，励磁状态S_A和励磁状态S_B均未被触发改变状态，总转矩继续减小；(2.5)当总转矩减小到转矩值T_e+th1_low，满足B相状态转移条件，励磁状态S_B转换为1，B相转矩增加；A相保持原有励磁状态S_A＝‑1，总转矩上升；(2.6)重复步骤(2.2)～(2.5)，励磁状态S_A保持‑1，A相转矩和电流持续变小；励磁状态S_B在0和1之间切换，总转矩被控制在[T_e+th1_low，T_e+th1_zero]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[θ₁，θ_r/3]的脉动；(2.7)当转子位于临界位置，B相转矩在励磁状态S_B＝0时转矩增加，且增加速率大于A相在励磁状态S_A＝‑1时转矩下降速率，此时总转矩上升；(2.8)当总转矩上升至转矩值T_e+th1_up，B相状态被触发改变，励磁状态S_B从0转为‑1，B相转矩减小；A相转矩继续减小，总转矩减小；(2.9)当总转矩依次减小到转矩值T_e+th1_zero与转矩值T_e+th2_up，励磁状态S_A和励磁状态S_B均未被触发改变状态，总转矩继续减小；(2.10)当总转矩减小到转矩值T_e+th1_low，励磁状态S_B被触发改变为1，B相转矩增加；A相保持原有状态，A相转矩继续减小，总转矩增加；(2.11)当总转矩增加到转矩值T_e+th1_zero，励磁状态S_B被触发改变为0，励磁状态S_A保持为‑1，此时情况与(2.7)相同，重复步骤(2.7)～(2.11)，励磁状态S_A保持‑1，励磁状态S_B在‑1，0和1之间切换，总转矩被控制在[T_e+th1_low，T_e+th1_up]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[θ₁，θ_r/3]的脉动；(2.12)当转子位于临界位置，B相转矩在励磁状态S_B＝0、励磁状态S_A＝‑1时总转矩不再增加，而是降低，从此刻起重复步骤(2.2)～(2.5)，总转矩被控制在[T_e+th1_low，T_e+th1_zero]之间，从而抑制三相开关磁阻电机转矩在转子位置区间[θ₁，θ_r/3]的脉动。对相邻的B相和C相供电励磁，B相供电励磁比C相供电励磁超前θ_r/3时的转矩阈值设定、换相过程、B相和C相励磁状态切换转移方法，与上述情况类似；对相邻的C相和A相供电励磁，C相供电励磁比A相供电励磁超前θ_r/3时的转矩阈值设定、换相过程、C相和A相励磁状态切换转移方法，与上述情况类似。