[发明专利]一种双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机的控制方法

说明书

本发明公布了一种双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，属于磁悬浮电机的控制领域。该电机绕组包括2个悬浮绕组、1个偏置绕组和三相转矩绕组，且偏置绕组与A相转矩绕组串联后，并采用恒导通励磁，有角度位置控制、续流和斩波控制等三种励磁方式；A相不仅产生转矩，还为磁轴承提供偏置磁通，在角度位置控制和续流励磁方式中，将A相实时电流作为偏置电流，在斩波控制方式中，则基于磁利用率最高的目的，优化计算出偏置绕组电流的参考值，控制两个悬浮绕组电流的大小和方向，以实现悬浮运行；B和C相则采用角度位置控制方式，与A相共同调节转矩；本发明可实现转矩和悬浮力的解耦控制，尤其适合于开关磁阻电机的高速悬浮运行。

技术领域

本发明涉及一种双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，属于磁悬浮开关磁阻电机的控制技术领域。

背景技术

无轴承开关磁阻电机是20世纪90年代发展起来的一种新型磁悬浮电机。无轴承开关磁阻电机因集旋转与悬浮两功能于一体，不仅可有效解决高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题，还能进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性，从而强化其在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。

随着研究的不断深入，人们逐渐认识到，能否解决转矩和悬浮力有效输出区域间的制约，悬浮与旋转两功能是否能解耦控制、以及高速时悬浮控制精度好坏，对BSRM高速性能是否能得到充分发挥起着至关重要的作用。

然而，传统双绕组无轴承开关磁阻电机需要对主绕组和悬浮绕组的电流进行斩波控制，以实时调节转矩和悬浮力，这种控制方式在中低速时可取得较好的控制效果，随着转速进一步升高，由于运动电动势的不断增大，使得斩波控制的精度和效果大打折扣，输出转矩和悬浮力均不到设计要求，进而限制了无轴承开关磁阻电机的应用前景。

为此，提出了一种提出了一种结构简单、功率变换器成本低、转矩与悬浮力可解耦控制的双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机，另外，由于磁轴承与开关磁阻电机相互隔离、二者仅存在电关系，磁路间无耦合，冗余性更强。磁轴承的偏置绕组与开关磁阻电机的一相绕组串联，构成一相转矩绕组，采用恒励磁导通方式，在磁轴承产生悬浮所需的偏置磁通外，还可通过有效控制使其在开关磁阻电机内产生一个有效输出转矩。

本发明基于上述双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机，提出了一种适用其高速悬浮运行、且转矩与悬浮力解耦控制的控制方法。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提出一种适用于双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机高速悬浮运行、且转矩与悬浮力可解耦控制的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双绕组复合结构磁悬浮开关磁阻电机，包括1个开关磁阻电机和1个磁轴承，所述开关磁阻电机与磁轴承串联布置；

所述开关磁阻电机，包括磁阻电机定子、磁阻电机转子和电枢绕组

所述磁轴承，包括磁轴承定子、磁轴承转子、偏置线圈和悬浮线圈；

所述磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，所述磁轴承转子布置在磁轴承定子内，所述磁阻电机转子和磁轴承转子套在转轴上；

所述磁阻电机定子为凸极结构，磁阻电机定子齿数为12，所有磁阻电机定子齿均匀分布，齿与齿相隔30°；

所述磁轴承转子为凸极结构，磁轴承转子齿数为8，所有磁阻电机转子齿均匀分布，齿与齿相隔45°；

所述磁轴承定子为凸极结构，磁轴承定子齿数为4，所有磁轴承定子齿均匀分布，齿与齿相隔90°，所述磁轴承转子为圆柱结构；

每个磁阻电机定子齿上绕有1个电枢绕组，相隔90°的4个电枢绕组串联，构成1个转矩绕组，共3个，分别为A相转矩绕组串、B相转矩绕组和C相转矩绕组，其中，B相转矩绕组、C相转矩绕组与A相转矩绕组串在空间上分别相差30°和-30°；