[发明专利]一种基于反激式控制模式的控制器以及采用该控制器的电机控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别涉及一种基于反激式控制模式的控制器以及采用该控制器的电机控制方法。

背景技术

如果我们将电源提供能量时对外做功定义为正向激励控制模式、那么关断电源时利用存储的能量来做功则可定义为反激式(Flyback)控制模式。现有电机的控制模式均为正向激励的控制模式。

目前，绝大多数常规的机电装置都由电系统、机械系统和联系两者的耦合磁场组成。根据能量守恒原理，有下式成立：由电源输入的电能=耦合磁场内储能的增加+装置内部的能量损耗+输出的机械能，当忽略损耗时其能量传递关系为dW_f=dW_e-dW_m，其中dW_e为系统的微分电能输入，dW_f为微分磁能增量，dW_m为系统微分机械能输出。对于常规电机而言，耦合磁场内的储能并不会转变为机械能，而当其换相时，剩余的这部分能量的泄放则会产生相应的负转矩，而在传统的计算方式中这又是被计算者认为可以被忽略的部分。

常规电机采用的是正向激磁工作模式，其工作在电流的上升阶段，三相电机中每相的工作周期为1/3，依靠电流的增量在对外做功，即常规电机吸收能量时做功，而其释放能量时则会产生相应的负转矩。

在常规电机的电流斩波过程中，其功率电路的续流过程如图2所示，有采用单管关断或双管关断的二种方案，二者略有不同。图2所示的电路为采用双管斩波时的情形，双管关断时放电迅速，存储的能量可以通过二个续流二极管回馈电源，适用于速度较高时应用（如图3所示，其电流波形为一下降的波形），而单管关断其存储的能量不会回馈电源，而是通过一个续流二极管自我续流，直至其存储的能量消耗殆尽。在常规电机的电流斩波过程中，电源输入的电流在达到斩波设定值前，输入电流的增量在做功，而达到斩波设定值时，由于斩波过程切断了电源的输入回路，因而在斩波的过程中电机并不做功，直至斩波过程结束重新接通电源为止。对于开关磁阻电机而言，其正激式控制模式就是当转子的极轭与某相定子的极轭对齐时，关断该相绕组，并接通位于旋转方向前方的另一相绕组。如图1所示，电机逆时针旋转，首先给某相电磁绕组通电，使其确定位置，然后在按转动方向的要求顺序的给其它相的电磁绕组通电，再根据位置检测信号来确定各相的依次导通和关断。如当光电信号a出现时，给绕组A通电，当光电信号b出现时，给绕组B通电，绕组A断电，以此类推。

可以看出，在常规的正向激励控制模式中，由于在电流斩波控制的过程中，电流是由最大值开始减小，其对外并不做功，而在关断的时刻电流也是由最大值开始减小，但由于此时正处于电流的换向时刻，对于刚接通的绕组其电流尚在建立的过程中，其所做的功尚不足以克服前个绕组放电所产生的负转矩，电机会出现短暂的停顿现象，只有当其产生的转矩大于前个绕组放电所产生的负转矩时，电机才会继续旋转，这也就是开关磁阻电机产生转矩脉动的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种使正激式控制模式的电机或反激式控制模式的电机在放电或电流斩波的过程中其欲泄放的电流能够被重复利用，以达到最大化节能效果的基于反激式控制模式的控制器以及采用该控制器的电机控制方法。

对于反激式电机控制模式，其根据能量守恒原理，忽略损耗时有下式成立：

W_f＝W_e+W_m＝∫eidt-∫F_edx

由于采用了反激式控制模式的电机在电磁系统吸收能量时并不对外做功，即W_m=0，则有：

W_e=W_f

即电磁系统从电源所吸收的能量全部转换为耦合磁场的储能。而当电磁系统释放能量时已停止输入电能，即W_e=0，则有：

W_m=W_f

即在采用反激式控制模式时，耦合磁场中的储能可以全部转换为系统输出的机械能。由此也可以看出正激和反激这二种控制模式的根本区别之所在，而这也就是采用反激式控制模式之所以可以节能的根本原因。