國內(nèi)外SRM電機無位置傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展

白 超

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州510530）

開關(guān)磁阻電機 （Switched Reluctance Motor,SRM）一直以其成本低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢應(yīng)用在很多領(lǐng)域，但是控制電機運轉(zhuǎn)實現(xiàn)不同的功能需要得知轉(zhuǎn)子的位置信息，所以精確地、實時地檢測運行中電機的轉(zhuǎn)子位置就是問題的關(guān)鍵。

1 無位置傳感器的檢測方法

對于開關(guān)磁阻電機的調(diào)速系統(tǒng)來說，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置檢測方法都增加了額外的機械結(jié)構(gòu)，從而限制了開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用領(lǐng)域。所以，無位置傳感器技術(shù)的研究與創(chuàng)新已成為SRM研究領(lǐng)域的重中之重。針對國內(nèi)外的研究成果，簡單列寫了無位置傳感器檢測的方法，主要可分為四類[1]：導(dǎo)通相檢測法、非導(dǎo)通相檢測法、基于智能控制的檢測法、附加元件檢測法。

2 國內(nèi)外無位置傳感技術(shù)的發(fā)展

目前，國外研究機構(gòu)主要集中在大學(xué)中，如：美國的艾克朗大學(xué)、德克薩斯大學(xué)等，英國的劍橋大學(xué)和利茲大學(xué)，日本的明治大學(xué)、東京理工學(xué)院，新加坡國立大學(xué)，印度科學(xué)院；另外，如英國的開關(guān)磁阻電機驅(qū)動裝置有限公司也在進行相關(guān)研究。

國內(nèi)的主要研究機構(gòu)有浙江大學(xué)、天津大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和南京航空航天大學(xué)等[2]。

下面通過對部分大學(xué)和公司中的研究的成果進行說明，以介紹目前無位置傳感器檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展。

南京航空航天大學(xué)提出過分別針對低速和高速下采用不同的無位置傳感器檢測的方法，分別為：

1）低速時——通過向非導(dǎo)通相注入高頻脈沖，在整個周期內(nèi)檢測三相電流上升斜率與下降斜率之差，這些離散的差值經(jīng)過濾波后分別形成三條包絡(luò)線，它們與電感存在著特定的關(guān)系，根據(jù)這些包絡(luò)線的交點就能來確定轉(zhuǎn)子的位置，其他位置可以根據(jù)轉(zhuǎn)速推算得出，從而實現(xiàn)電機的正常運行及開通、關(guān)斷角可調(diào)控制。該方法算法簡單，控制靈活，只需檢測相電流，同時消除了反電勢的影響，很大程度上提高了位置估算的精確度。

2）高速時——根據(jù)開關(guān)磁阻電機控制的特點，轉(zhuǎn)子位置檢測可以簡化為換相位置的檢測。通過建立關(guān)于換相位置的磁鏈與定、轉(zhuǎn)子對齊位置磁鏈的非線性關(guān)系的模糊模型，只要存儲定、轉(zhuǎn)子對齊位置的磁鏈－電流特性曲線，就可得到任意給定的經(jīng)綜合考慮轉(zhuǎn)矩、輸出效率而選擇的合理換相位置θh處的參考磁鏈。將實時檢測的磁鏈與優(yōu)化的參考磁鏈進行比較，就可以得到相應(yīng)的換相信號。不但具備簡化磁鏈法的所需內(nèi)存小、算法簡單快速、無需附加硬件等優(yōu)點，而且可以根據(jù)電機運行特性優(yōu)化選擇合理的換相位置，非常適合高速運行時的位置檢測。

南京航空航天大學(xué)還提出過一種開關(guān)磁阻電機無位置傳感器初始定位和啟動方法，是基于開關(guān)磁阻電機的電感隨轉(zhuǎn)子位置周期性變化的基本特點，設(shè)置電感底部閥值和頂部閥值；向各相繞組注入短時脈沖，利用相電壓方程計算電感值；根據(jù)各相電感計算值與底部閾值和頂部閾值的大小關(guān)系，判斷當(dāng)前可開通相，同時選擇初始位置角估計相；建立相電感數(shù)學(xué)模型，在所選估計相中利用電感數(shù)學(xué)模型與電感計算值關(guān)系得到角度信息。該方法可以精確得到初始導(dǎo)通相選擇信號，同時可以計算出轉(zhuǎn)子初始位置角，因此可以實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機的無位置傳感器起動和初始定位，算法簡單，通用性強。

國內(nèi)的捷和電機制品有限公司提出了一種無位置傳感器的開關(guān)磁阻電機啟動裝置，并具體包括用于向定子線圈發(fā)送啟動脈沖的啟動脈沖發(fā)生單元；用于檢測定子線圈中續(xù)流時間的檢測單元；用于在各定子線圈中切換發(fā)送啟動脈沖的切換單元；控制啟動脈沖發(fā)生單元并對檢測單元檢測到的定子線圈中的續(xù)流時間進行比較處理、根據(jù)比較結(jié)果控制切換單元的控制單元；這種啟動裝置不用設(shè)定閾值，適應(yīng)性好，控制方便，不會造成反轉(zhuǎn)，能迅速找到啟動相，能迅速獲得大轉(zhuǎn)矩啟動。

英國的開關(guān)磁阻電機驅(qū)動裝置有限公司（SWITCHED RELUCTANCE DRIVES LTD）作為最早的開關(guān)磁阻電機的研究公司，提出過多種無傳感器的檢測方法，分別為：

1）通過把已知數(shù)值的電流同時注入到兩個相位中確定在啟動時的轉(zhuǎn)子位置，測量電流上升時間，并且用來對于已知電流級查詢相對于轉(zhuǎn)子角度的上升時間存儲表，這由每個上升時間產(chǎn)生兩個可能轉(zhuǎn)子位置，比較角度而產(chǎn)生實際位置。

2）當(dāng)同時使用多個相來為應(yīng)用產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩時，磁路部件的增加的漏磁通以及減小的磁導(dǎo)率使從診斷脈沖收集的信息失真。通過存儲多組適合于所使用相數(shù)的特性數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子位置

3）電機具有至少一個具有電感的相繞組，其中電感隨轉(zhuǎn)子位置周期變化，該方法包括：在第一點得出與電機的所述至少一個相繞組相關(guān)的磁通鏈值；跟蹤指示磁通鏈的參數(shù)值；將轉(zhuǎn)子推進到第二點，在第二點處在相繞組上施加正電壓；在轉(zhuǎn)子的隨后的第三點得出相電流值和參數(shù)值；基于在所述第三點的參數(shù)值估計第三點的磁通鏈；以及從所述第三點的相電流值和磁通鏈值中得出轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)電流不連續(xù)時，即使在傳統(tǒng)單脈沖模式下，也可以良好工作；同時，在電機的性能沒有任何不希望的降級的前提下，提供了組合連續(xù)電流工作和無傳感器位置檢測的簡單有效的方法。

三星電子株式會社提出了一種無傳感器的開關(guān)式磁阻電動機驅(qū)動方法，具體為通過向未使用的相輸入短的脈沖而檢測的相電流信號用來鑒別轉(zhuǎn)子相位是超前還是滯后,以及由此估測電壓和換相周期,以精確地檢測起通角,而不受電噪聲和機械噪聲的影響。

3 結(jié)束語

本文從介紹無位置傳感器的檢測技術(shù)開始，并列舉了國內(nèi)外在理論和實際應(yīng)用中采用的檢測技術(shù)，以期望對開關(guān)磁阻電機的無位置檢測技術(shù)能夠在實際應(yīng)用中得到推廣提供參考。

［1］鄧智泉,蔡駿.開關(guān)磁阻電機無位置傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報,2012(5)611-620.

［2］周素瑩,林輝.無位置傳感器的開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)[J].電氣傳動,2006(2)6-16.