内置检测线圈的开关磁阻电机转子位置估计技术研究

摘要

开关磁阻电机（SRM）是一种双凸极结构的新型电机，具有结构简单、价格低廉、控制灵活等优点，近年来在航空航天、电动汽车等诸多领域具有广泛的应用。转子位置信息是电机稳定运行的基础，目前常用的位置估计技术是将位置传感器安装在电机中，但位置传感器容易受到高温、油污等环境因素影响，因此有必要研究SRM无位置传感器技术或间接位置估计技术。 本文提出一种间接位置估计方法，向绕制在电机定子齿的三相检测线圈注入高频方波脉冲信号，通过检测电阻以及检波电路和滤波电路获取脉冲响应电流包络线，间接获取相电感，最终实现了实时精确地估计电机转子位置的目标。现将所获得的主要成果和所做的主要工作简述如下: (1)针对主绕组和检测线圈以及相邻检测线圈相间互感影响的问题，通过计算感应电动势，分析了不同检测线圈结构对主绕组互感耦合的抑制能力;结合有限元分析法，分析了开关磁阻电机不同主绕组连接形式的磁场分布，分析了检测线圈和主绕组在不同磁场分布的互感特性，确定了消除主绕组互感耦合影响的检测线圈最优结构; (2)根据检测线圈法的工作原理，优化选取了检测电路中信号发生电路、检波电路、低通滤波电路的参数，基于有限元仿真软件Ansoft搭建模型;向检测线圈中注入高频方波脉冲信号，获取了脉冲响应电流包络线，根据包络线和相电感的关系计算检测线圈相电感;分析了电机主磁路饱和对检测线圈电感的影响，并通过有限元仿真进行了验证; (3)本文提出了一种位置估计策略，基于Simulink软件搭建模型，通过仿真验证了转子位置估计策略的正确性。分析了电机在高速运行状态时由于滤波电路存在导致的相移现象产生的估算误差，提出了相移补偿策略，并通过仿真分析验证了方法的可行性。 (4)搭建了12/8结构开关磁阻电机实验平台，主要包括主控制电路、功率变换电路、驱动电路、电流电压调理电路等。在实验平台上，进行了注入脉冲实验、相移补偿实验、电机在不同负载条件和不同运行阶段的位置估计实验，与仿真结果进行对比，验证了转子位置估计策略的合理性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 选题背景和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 内置检测线圈的间接位置估计法的提出和意义

1．5 论文研究内容和章节安排

第二章 检测线圈结构优化策略

2．1 SRM两种主绕组连接形式的有限元分析

2．1．1 SRM两种主绕组连接形式

2．1．2 两种主绕组连接形式的磁场分布比较

2．2 检测线圈结构的优化选取

2．2．1 检测线圈结构

2．2．2 检测线圈对主绕组互感耦合抑制能力分析

2．3 检测线圈和主绕组在不同磁场分布的互感特性分析

2．3．1 两种连接形式的主绕组相间互感特性分析

2．3．2 检测线圈与非同相主绕组的互感特性分析

2．4 本章小结

第三章 电机主磁路饱和对转子位置估计的影响

3．1 检测电路参数优化选取

3．1．1 检测电阻参数优化选取

3．1．2 二极管检波电路参数优化选取

3．1．3 低通滤波电路的频率特性

3．2 电机主磁路饱和的有限元仿真分析

3．2．1 电机低速运转状况的有限元分析

3．2．2 电机中高速运转状况的有限元分析

3．3 本章小结

第四章 转子位置估计策略

4．1 三相电感分区判断逻辑

4．2 转子位置角度一相电感模型建立

4．3 转子位置估计策略仿真分析

4．4 误差分析与相移补偿策略

4．5 实验验证

4．5．1 脉冲注入实验

4．5．2 相移补偿实验

4．5．3 电机在不同负载条件的位置估计实验

4．5．4 电机在不同运行阶段的位置估计实验

4．6 本章小结

第五章 实验平台硬件设计

5．1 功率变换电路

5．2 驱动电路工作原理

5．3 电流调理电路

5．4 主控制芯片

5．5 位置检测电路设计

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 进一步工作展望

致谢

参考文献

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