开关磁阻电机饱和电感测试方法

摘要

开关磁阻电机饱和电感测试方法，属于电机测试领域。本发明的目的是解决采用传统LCR表测量开关磁阻电机饱和电感误差大的问题。本发明通过步进电机改变并固定开关磁阻电机的转子位置，给开关磁阻电机的相绕组加载脉动直流电流，所述加载的脉动直流电流由直流电流源和交流电流源串联合成，在开关磁阻电机的额定电流附近脉动，计算机通过电流传感器和电压传感器采集相绕组的电流信号和电压信号，并计算转子位置为某一固定角度时的饱和电感，控制步进电机按步进角度旋转，并按如上方法测量出不同转子位置时的饱和电感。本发明用于测量开关磁阻电机的饱和电感。

权利要求

1.开关磁阻电机饱和电感测试方法，该方法使用的装置包括开关磁阻电机、交流电流源(3)、直流电流源(4)、开关(5)、电流传感器(6)、电压传感器(7)、计算机(8)、步进电机(9)和步进电机控制器(10)，交流电流源(3)、直流电流源(4)和开关(5)依次串联后加载在开关磁阻电机的相绕组(1)的两端，电流传感器(6)采集相绕组(1)的电流信号并输出给计算机(8)，电压传感器(7)采集相绕组(1)两端的电压信号并输出给计算机(8)，步进电机控制器(10)的输出端与步进电机(9)的控制端相连，步进电机(9)的输出轴与开关磁阻电机的转子轴(2)固定连接，其特征在于，开关磁阻电机饱和电感测试方法包括以下步骤：

步骤一、设定n为开关磁阻电机的转子测量位置的变量，且初始化为n＝1；

步骤二、步进电机控制器(10)控制步进电机(9)旋转一个步进角度θh，与步进电机(9)固定连接的转子轴(2)使开关磁阻电机的转子固定在测量位置θn，0≤θn≤360°；

步骤三、闭合开关(5)，串联的交流电流源(3)和直流电流源(4)合成的脉动直流加载给开关磁阻电机的相绕组(1)；

交流电流源(3)输出频率为50Hz的正弦电流，所述正弦电流的幅值A为开关磁阻电机的额定电流Ie的3％～5％，直流电流源(4)输出的电流为开关磁阻电机的额定电流Ie，步骤四、计算机(8)通过电流传感器(6)采集相绕组(1)的电流信号，计算机(8)通过电压传感器(7)采集相绕组(1)两端的电压信号；

步骤五、计算机(8)通过下述公式获取开关磁阻电机的转子在测量位置θn时的饱和电感L：其中，U为相绕组(1)两端的电压有效值，

I为相绕组(1)的电流有效值，

R为相绕组(1)的等效电阻，

步骤六、判断是否满足n×θb≤360°，

判断结果为是，n＝n+1，执行步骤二，判断结果为否，完成获取开关磁阻电机不同转子位置饱和电感。

说明书

开关磁阻电机饱和电感测试方法

技术领域

[0001] 本发明是涉及开关磁阻电机饱和电感测试方法，属于电机测试领域。

背景技术

[0002] 开关磁阻电机由于具有结构简单、控制方便、可靠性能高、成本低等优点，现已得到各行各业的重视和认可。而开关磁阻电机是一种高磁饱和工作的电机，其参数为非线性。特别是电机的电感参数，电机的电感不仅与电机转子位置有关，同时与电机绕组电流有关。
传统采用的LCR表(电感电容电阻测定表)测量电机电感，忽略了电机饱和特性和电感的非线性，给电机性能评价造成了巨大误差。开关磁阻电机饱和电感的测量，对电机本体设计与优化，电机调速系统的整体性能显得至关重要，采用传统LCR表测量开关磁阻电机的饱和电感误差大，无法准确获得饱和电感的数值。

发明内容

[0003] 本发明的目的是解决采用传统LCR表测量开关磁阻电机电感误差大的问题，提供了开关磁阻电机饱和电感测试方法。

[0004] 本发明方法使用的装置包括开关磁阻电机、交流电流源、直流电流源、开关、电流传感器、电压传感器、计算机、步进电机和步进电机控制器，交流电流源、直流电流源和开关依次串联后加载在开关磁阻电机的相绕组的两端，

[0005] 电流传感器采集相绕组的电流信号并输出给计算机，电压传感器采集相绕组两端的电压信号并输出给计算机，

[0006] 步进电机控制器的输出端与步进电机的控制端相连，步进电机的输出轴与开关磁阻电机的转子轴固定连接，

[0007] 开关磁阻电机饱和电感测试方法包括以下步骤：

[0008] 步骤一、设定n为开关磁阻电机的转子测量位置的变量，且初始化为n＝1；

[0009] 步骤二、步进电机控制器控制步进电机旋转一个步进角度θb，与步进电机固定连接的转子轴使开关磁阻电机的转子固定在测量位置θn，0≤θn≤360°；

[0010] 步骤三、闭合开关，串联的交流电流源和直流电流源合成的脉动直流加载给开关磁阻电机的相绕组；

[0011] 交流电流源输出频率为50Hz的正弦电流，所述正弦电流的幅值A为开关磁阻电机的额定电流Ie的3％～5％，直流电流源输出的电流为开关磁阻电机的额定电流Ie，[0012] 步骤四、计算机通过电流传感器采集相绕组的电流信号，计算机通过电压传感器采集相绕组两端的电压信号；

[0013] 步骤五、计算机通过下述公式获取开关磁阻电机的转子在测量位置θn时的饱和电感L：

[0014]

[0015] 其中，U为相绕组两端的电压有效值，

[0016] I为相绕组的电流有效值，

[0017] R为相绕组的等效电阻，

[0018] 步骤六、判断是否满足n×θb≤360°，

[0019] 判断结果为是，n＝n+1，执行步骤二，判断结果为否，完成获取开关磁阻电机不同转子位置饱和电感。

[0020] 本发明的优点：开关磁阻电机不同位置时的饱和电感被精确测量，测量精度高，测量方法简单。

附图说明

[0021] 图1是本发明方法流程图，图2是本发明测量装置结构示意图，图3是直流电流源输出电流的波形示意图，图4是交流电流源输出电流的波形示意图，图5是直流电流源与交流电流源串联后合成的电流波形示意图。

具体实施方式

[0022] 具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式方法使用的装置包括开关磁阻电机、交流电流源3、直流电流源4、开关5、电流传感器6、电压传感器7、计算机8、步进电机9和步进电机控制器10，交流电流源3、直流电流源4和开关5依次串联后加载在开关磁阻电机的相绕组1的两端，

[0023] 电流传感器6采集相绕组1的电流信号并输出给计算机8，电压传感器7采集相绕组1两端的电压信号并输出给计算机8，

[0024] 步进电机控制器10的输出端与步进电机9的控制端相连，步进电机9的输出轴与开关磁阻电机的转子轴2固定连接，

[0025] 开关磁阻电机饱和电感测试方法包括以下步骤：

[0026] 步骤一、设定n为开关磁阻电机的转子测量位置的变量，且初始化为n＝1；

[0027] 步骤二、步进电机控制器10控制步进电机9旋转一个步进角度θb，与步进电机9固定连接的转子轴2使开关磁阻电机的转子固定在测量位置θn，0≤θn≤360°；

[0028] 步骤三、闭合开关5，串联的交流电流源3和直流电流源4合成的脉动直流加载给开关磁阻电机的相绕组1；

[0029] 步骤四、计算机8通过电流传感器6采集相绕组1的电流信号，计算机8通过电压传感器7采集相绕组1两端的电压信号；

[0030] 步骤五、计算机8通过下述公式获取开关磁阻电机的转子在测量位置θn时的饱和电感L：

[0031]

[0032] 其中，U为相绕组1两端的电压有效值，

[0033] I为相绕组1的电流有效值，

[0034] R为相绕组1的等效电阻，

[0035] 步骤六、判断是否满足n×θb≤360°，

[0036] 判断结果为是，n＝n+1，执行步骤二，判断结果为否，完成获取开关磁阻电机不同转子位置饱和电感。

[0037] 本实施方式中将开关磁阻电机的相绕组1两端接上串联的交流电流源3和直流电流源4，并用开关5控制交流电流源3和直流电流源4是否加载，直流电流源4输出的电流为开关磁阻电机的额定电流Ie，交流电流源3输出频率为50Hz的正弦电流，所述正弦电流的幅值A为开关磁阻电机的额定电流Ie的3％～5％。直流电流源4输出的电流如图3所示，交流电流源3输出的交流如图4所示，直流电流源4和交流电流源3合成的电流如图5所示，是额定电流Ie附近的脉动直流，其中含有交流成分。直流电流源4和交流电流源3合成的脉动直流输入到相绕组1中，本实施方式中相绕组1工作在开关磁阻电机的额定电流Ie附近，让相绕组1的电感处于饱和状态。

[0038] 电流传感器6测量的是相绕组1中的电流信号，电压传感器7测量的是相绕组1两端的电压信号，测量到的电流信号和电压信号输出到计算机8中，计算机8通过公式(1)求得此时开关磁阻电机的饱和电感L：

[0039]

[0040] 其中，U为相绕组1两端的电压有效值，

[0041] I为相绕组1的电流有效值，

[0042] R为相绕组1的等效电阻，可由LCR表测得，

[0043] 输入到相绕组1中的电流为含有交流成分的直流脉动电流，根据电压方程可知：

[0044]

[0045] 整理可得：

[0046]

[0047] 因为交流电流源3的频率为50Hz，所以：

[0048] ω＝2πf＝2π×50＝100π (4)

[0049] 将公式(4)代入公式(3)并整理后，得到公式(1)。

[0050] 开关磁阻电机的电感是非线性的，转子位置不同时，饱和电感不同，本实施方式中，首先设定n＝1，此时开关磁阻电机的转子位置为θ1，转子位置的确定很容易，零位置为预先设定的，可以获得转子转动后到达的位置确定的角度信息。本方法涉及的转子可以不用从零位置开始旋转，为了获得转子360度范围内全域的电机的饱和电感信息，只要让控制转子转动的步进电机9转动360度即可。

[0051] 步进电机控制器10控制步进电机9转动，每次旋转的步进角度为θb，步进电机9的输出轴与开关磁阻电机的转子轴2固定连接，即，步进电机9每旋转一个步进角度θb，开关磁阻电机也跟着旋转角度θb，即当n＝2时，开关磁阻电机的转子位置为θ1+θb，依此类推，根据公式(1)获得360度范围内全域的电机的饱和电感。

[0052] 本实施方式中相绕组1设定为A相绕组。

[0053] 而开关磁阻电机是一种高磁饱和工作的电机，其参数为非线性。特别是电机的电感参数，电机的电感不仅与电机转子位置有关，同时与电机绕组电流有关。采用传统的LCR表测量开关磁阻电机的电感时，只是在相绕组1的两端加载一个交流电流源3，测到的数据是多个瞬时电感，从大量瞬时电感数据中判断、提取转子某个位置时的饱和电感还需要大量的工作，而本发明方法令交流电流源3和直流电流源4串联，合成的脉动直流输入到相绕组1中，而且所述脉动直流工作在被测开关磁阻电机的额定电流Ie附近，这样，开关磁阻电机的相绕组1的电感一直处于饱和状态，使得测量的结果比采用传统的LCR表准确。