本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為雙凸極定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子沒(méi)有線(xiàn)圈，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、調(diào)速范圍寬、控制靈活、適應(yīng)高溫、高速及惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，適用于航空、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。近年來(lái)成為各國(guó)研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。精確的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)模型對(duì)于提高電機(jī)運(yùn)行效率、優(yōu)化調(diào)速性能、消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及實(shí)現(xiàn)無(wú)位置傳感器控制具有重要意義。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)采用定子側(cè)單邊勵(lì)磁，為了提高輸出功率密度，電機(jī)通常運(yùn)行于深度磁飽和狀態(tài)，這導(dǎo)致了其電磁特性呈高度非線(xiàn)性，難以用解析式準(zhǔn)確表達(dá)。SRM建模的核心在于準(zhǔn)確描述磁鏈ψ，電流i和位置θ三者的關(guān)系。因此準(zhǔn)確獲取開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)電磁特性，對(duì)其建立數(shù)學(xué)模型具有重要意義。

諸多文獻(xiàn)中開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性間接測(cè)量法是在常溫下測(cè)得電機(jī)繞組阻值，與繞組注入電流后測(cè)得的電壓和電流進(jìn)行積分運(yùn)算得到磁鏈數(shù)值。該方法忽略了電流注入繞組后繞組溫度變化對(duì)繞組阻值的影響，導(dǎo)致磁鏈特性的改變，此時(shí)使用常溫下繞組阻值進(jìn)行運(yùn)算，得到的磁鏈存在誤差。本發(fā)明創(chuàng)新性考慮了因電機(jī)繞組阻值隨溫度變化而變化對(duì)磁鏈特性的影響，通過(guò)數(shù)學(xué)擬合算法，擬合出SRM整個(gè)周期相同位置不同溫度T_b下的磁鏈數(shù)據(jù)與T₁溫度下磁鏈數(shù)據(jù)的關(guān)系，改進(jìn)了磁鏈公式，使測(cè)量的磁鏈數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，本方法構(gòu)建了以L(fǎng)abview為核心的磁鏈檢測(cè)系統(tǒng)，常溫T1下在電機(jī)不同位置，采集相電壓，相電流，以表格和圖形的形式實(shí)時(shí)顯示，并計(jì)算得到磁鏈數(shù)據(jù)，根據(jù)需要將采集到的數(shù)據(jù)以表格、文本及波形等形式保存下來(lái)。在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新性的考慮了繞組因溫度升高帶來(lái)的阻值變化對(duì)測(cè)量磁鏈結(jié)果的影響，通過(guò)測(cè)量SRM在常溫T₁下半個(gè)周期的磁鏈數(shù)據(jù)以及其中兩個(gè)位置不同溫度下的磁鏈數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)擬合算法，擬合出SRM整個(gè)周期不同溫度下的磁鏈數(shù)據(jù)與T₁溫度下磁鏈數(shù)據(jù)的關(guān)系，使測(cè)量的磁鏈數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，其特征在于該檢測(cè)裝置包括激勵(lì)回饋模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、上位機(jī)、夾緊裝置以及檢測(cè)方法，其中激勵(lì)回饋模塊與信號(hào)檢測(cè)模塊相連，信號(hào)檢測(cè)模塊分別與信號(hào)處理模塊和被測(cè)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相連，信號(hào)處理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊與上位機(jī)相連，其中數(shù)據(jù)采集模塊位于上位機(jī)主板卡槽中，夾緊裝置用于固定和調(diào)節(jié)所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)位置；

所述激勵(lì)回饋模塊包括直流電源、開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、電容、二極管，所述開(kāi)關(guān)S1a端連接直流電源正極，b端與開(kāi)關(guān)S2c端連接，電容高壓側(cè)與開(kāi)關(guān)S1b端、開(kāi)關(guān)S2c端連接，低壓側(cè)與直流電源負(fù)極連接，組成充電回路，二極管負(fù)極與開(kāi)關(guān)S2d端連接，正極與直流電源負(fù)極連接，二極管與SRM組成放電回路；

所述信號(hào)檢測(cè)模塊包括電壓傳感器，電流傳感器和溫度傳感器；所述電壓傳感器與電容和二極管并聯(lián)連接，電流傳感器與SRM串聯(lián)連接；溫度傳感器置于SRM內(nèi)部；

所述信號(hào)處理模塊，與電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器相連，信號(hào)處理模塊對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波和電平轉(zhuǎn)換；

所述數(shù)據(jù)采集模塊為模擬量數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集信號(hào)處理模塊輸出的模擬信號(hào)；

所述上位機(jī)包括數(shù)據(jù)保存單元、數(shù)據(jù)回放單元、數(shù)據(jù)處理單元；上位機(jī)實(shí)時(shí)處理、顯示、保存數(shù)據(jù)采集模塊的輸出信號(hào)；

所述夾緊裝置與SRM同軸同心相連，用于固定和調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。

所述檢測(cè)方法包括以下步驟：

A.選定所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)一相，利用直流電源給該相繞組通瞬時(shí)小電流，使電機(jī)位于對(duì)齊位置，然后利用夾緊裝置將電機(jī)固定在此位置，作為測(cè)試起點(diǎn)；

B.常溫T₁時(shí)，進(jìn)行測(cè)量；

C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，閉合開(kāi)關(guān)S1，直流電源向電容充指定伏值的電壓，確保放電時(shí)產(chǎn)生的電流能夠覆蓋電機(jī)運(yùn)行時(shí)的整個(gè)電流區(qū)域；

D.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1，閉合開(kāi)關(guān)S2，電容通過(guò)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)定子相繞組放電，電流傳感器和電壓傳感器檢測(cè)電容放電瞬時(shí)的繞組相電流、相電壓，傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊處理后，由模擬量采集板卡通過(guò)采集頻率足夠高的A/D接口采集，采集后轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量存儲(chǔ)在FIFO緩存區(qū)；

E.模擬量采集板卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)IFO緩存區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)的用戶(hù)緩存區(qū)并將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓值，以表格和圖形的形式實(shí)時(shí)顯示電流，電壓，然后由公式④計(jì)算得到磁鏈數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以表格、文本、圖表等形式保存下來(lái)；

F.利用夾緊裝置將電機(jī)向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，例如1°，再將電機(jī)夾緊，固定在此位置，重復(fù)步驟B、C、D、E分別進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而得到開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)半個(gè)周期磁鏈數(shù)據(jù)ψ(T₁，θ_x，i)，其中θ₀≤θ_x≤θ_α，θ_α為對(duì)齊位置，θ₀為非對(duì)齊位置；

G.使繞組溫度增加一個(gè)溫度步長(zhǎng)，例如5℃，在電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)齊位置和非對(duì)齊位置，分別重復(fù)步驟C、D、E，獲取電機(jī)不同溫度T_b下磁鏈數(shù)據(jù)ψ(T_b，θ_α，i)和ψ(T_b，θ₀，i)；

H.至此得到常溫T₁下SRM的半個(gè)周期的磁鏈數(shù)據(jù)ψ(T₁，θ_x，i)，以及電機(jī)對(duì)齊位置和非對(duì)齊位置不同溫度T_b下的磁鏈數(shù)據(jù)ψ(T_b，θ_α，i)，ψ(T_b，θ₀，i)；利用電機(jī)對(duì)齊位置處ψ(T_b，θ_α，i)與ψ(T₁，θ_α，i)的關(guān)系，以及非對(duì)齊位置處ψ(T_b，θ₀，i)與ψ(T₁，θ₀，i)的關(guān)系，通過(guò)數(shù)學(xué)擬合算法，擬合出SRM半個(gè)周期θ_x在允許工作溫度T_y下的磁鏈數(shù)據(jù)ψ(T_y，θ_x，i)與T₁溫度下ψ(T₁，θ_x，i)的關(guān)系：

ψ(T_y，θ_x，i)＝f(T_y，θ_x)·ψ(T₁，θ_x，i) ①

其中f(T_y，θ_x)為ψ(T_y，θ_x，i)和ψ(T₁，θ_x，i)之間的關(guān)系式。

所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈關(guān)系式，其特征在于電機(jī)運(yùn)行時(shí)，溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)繞組溫度T_y。

所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)方法，其特征在于步驟E所述磁鏈計(jì)算方法如下：

根據(jù)所述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)電壓平衡方程：

(其中R、U、i、ψ、T分別為繞組阻值，相電壓、相電流、磁鏈、繞組溫度)得出磁鏈公式

(ψ(0)為磁鏈初值)

將公式②離散化得，

所述磁鏈計(jì)算方法，其特征在于不同溫度下繞組阻值R(T)可以直接測(cè)得或者由以下方法計(jì)算得到：

在溫度變化不大的范圍內(nèi)，金屬的電阻率隨溫度線(xiàn)性變化，即

ρ_t＝ρ₀(1+αT)

(其中ρ_t為T(mén)℃下銅的電阻率，ρ₀為0℃下銅的電阻率，α＝0.004/℃為電阻率溫度系數(shù))

電阻公式

(l為電阻體的長(zhǎng)度，s為電阻體的截面積)

由公式④和⑤得R-T的函數(shù)關(guān)系，

忽略溫度對(duì)繞阻長(zhǎng)度和橫截面積的影響，即為常數(shù)。

常數(shù)的確定：

常溫下測(cè)得繞組阻值，根據(jù)電阻率公式

ρ_t＝ρ₀(1+αT)

計(jì)算出該溫度下電阻率ρ_t1。

由電阻公式

得該繞組長(zhǎng)度與橫截面積比值的值：(常數(shù))。

本發(fā)明的有益效果：通過(guò)測(cè)量SRM在一定溫度下半個(gè)周期的磁鏈數(shù)據(jù)以及其轉(zhuǎn)子對(duì)齊位置和非對(duì)齊位置不同溫度下的磁鏈數(shù)據(jù)，擬合得到SRM整個(gè)周期相同位置不同溫度T_b下的磁鏈數(shù)據(jù)與T₁溫度下磁鏈數(shù)據(jù)的關(guān)系，減小了繞組隨溫度變化對(duì)測(cè)得磁鏈的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提出的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈檢測(cè)方法結(jié)構(gòu)圖。

圖2為數(shù)據(jù)傳輸及處理流程圖。

圖3為12/8極電機(jī)在溫度T₁、T₂和T₃下平衡位置和非平衡位置的磁鏈?zhǔn)疽鈭D。

具體實(shí)施方式

結(jié)合上述附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，本發(fā)明所需裝置在市場(chǎng)都容易獲取。實(shí)例中選用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為12/8極，功率0.5kW。為了獲得磁鏈，需要為電機(jī)一相繞組提供指定伏值的電壓，該電壓確保放電時(shí)產(chǎn)生的電流能夠覆蓋電機(jī)運(yùn)行時(shí)的整個(gè)電流區(qū)域。實(shí)例中選用的電容為3300μF/450VDC電容。夾緊裝置是萬(wàn)能分度頭，與SRM同心同軸相連，用于固定和調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。電機(jī)每相的參數(shù)相同，選取其中一相作為測(cè)量相。由于在一個(gè)磁鏈變化周期中磁鏈?zhǔn)且远ā⑥D(zhuǎn)子凸極對(duì)齊位置對(duì)稱(chēng)的，所以只需測(cè)得半個(gè)磁鏈周期θ_α＝(0-22.5°)的磁鏈即可得到整個(gè)周期θ_2α＝(0-45°)的磁鏈特性?？紤]到繞組阻值隨溫度升高而變化，本發(fā)明添加了溫度檢測(cè)模塊置于電機(jī)內(nèi)部，實(shí)例中溫度檢測(cè)模塊由測(cè)溫元件，溫度變送器，信號(hào)變送器組成；檢測(cè)中測(cè)溫元件輸出信號(hào)送到溫度變送器，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線(xiàn)性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線(xiàn)性關(guān)系的4～20mA電流信號(hào)輸出，信號(hào)變送器將溫度變送器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成采集板卡可以采集的0-10V電壓信號(hào)。

數(shù)據(jù)傳輸及處理流程圖如圖2所示。電容通過(guò)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)定子相繞組放電，電流傳感器和電壓傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊濾波、電平轉(zhuǎn)換后，由模擬量采集板卡通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在FIFO緩存區(qū)；模擬量采集板卡驅(qū)動(dòng)程序再將該數(shù)字信號(hào)上傳至上位機(jī)Labview的用戶(hù)緩存區(qū)并完成原始數(shù)據(jù)到電壓值的轉(zhuǎn)換。上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，濾波并根據(jù)公式④計(jì)算出磁鏈，以圖表的形式在上位機(jī)顯示電壓曲線(xiàn)，電流曲線(xiàn)和磁鏈-電流曲線(xiàn)。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作了說(shuō)明，但這些說(shuō)明不能被理解為限制了本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書(shū)限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。