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基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法
摘要
开关磁阻电机作为一种新型交流无刷电机，已经在工业领域得到广泛应用。在磁极启动时，电机的初始位置信息是必须要求的，因为这可以保证电机能够顺利地启动。本文提出了一种基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法。该方法使用现有的电路组件，并且无需使用其他传感器和设备。通过实验验证，该方法具有简单、低成本、高精度和稳定性好等优点。本文的研究成果为开关磁阻电机的控制系统提供了一种新的技术解决方案。
关键词：开关磁阻电机、初始位置、自举电路
Abstract
AsanewtypeofACbrushlessmotor,theswitchedreluctancemotorhasbeenwidelyusedintheindustrialfield.Theinitialpositioninformationofthemotorisrequiredduringthemagneticpolestarting,becauseitcanensurethemotortostartsmoothly.Thispaperproposesamethodforestimatingtheinitialpositionofswitchedreluctancemotorbasedonself-excitedcircuit.Themethodusesexistingcircuitcomponentsanddoesnotrequireothersensorsordevices.Throughexperimentalverification,themethodhastheadvantagesofsimplicity,lowcost,highaccuracyandgoodstability.Theresearchresultsofthispaperprovideanewtechnicalsolutionforthecontrolsystemofswitchedreluctancemotor.
Keywords:switchedreluctancemotor,initialposition,self-excitedcircuit
1.引言
开关磁阻电机是一种新型的交流无刷电机，由于其结构简单、鲁棒性强、效率高等优点，在工业应用中越来越受重视。在开关磁阻电机的启动过程中，初始位置信息的准确性至关重要。如果电机的初始位置信息不准确，将会对电机的控制性能产生不良影响，甚至导致电机无法启动。因此，正确估计开关磁阻电机的初始位置信息是实现电机控制的关键。
目前，现有的开关磁阻电机初始位置检测方法通常是通过加装码盘、霍尔传感器或其他位置传感器来实现的。这些传感器可以提供较高的位置精度，但是它们的安装和调试成本较高，同时也会增加电机的复杂性和方案的成本，这会使得实际应用有些困难。因此，研究一种简单、高效的初始位置估计方法对于开关磁阻电机的应用具有重要意义。
本文提出一种基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法。该方法通过电机产生的电势来获取电机角度信息，并通过自举电路来激励电机，从而对电机的初始位置进行估计。通过实验验证，该方法具有简单、低成本、高精度和稳定性好等优点。
2.开关磁阻电机的工作原理
开关磁阻电机是一种基于磁阻原理工作的电机，它的转子结构例如图1所示。由于转子结构的特殊性，电机在工作时产生的磁场是非常复杂的。原理上，当电机的磁极位置固定时，电机的磁场分布也就是固定的。而当电机转动时，电机的磁场会随之改变。因此，通过检测电机的电势来确定电机的初始位置是可行的。
图1开关磁阻电机的转子结构
3.基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法
本文提出的基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法如图2所示。该方法包括三个步骤：第一步是通过电机产生的电势来确定电机的角度信息；第二步是通过自举电路对电机进行激励，激励电流是电机供电电压的一个固定比例；第三步是通过电势测量来确定电机的初始位置。
图2基于自举电路的开关磁阻电机初始位置估计方法
3.1电机的角度测量
电机单独旋转时，在同一时刻，每个磁极的磁通量都是不同的，这会产生电势，如图3所示。假设电机转速为ω，电势频率为Bf，则电机一周的角度为360°。因此，电机角度θ可以根据公式1计算得出：
θ=ω/Bf（1）
其中，ω为电机的转速，Bf为电势的频率。
图3电机产生的电势信号
3.2自举电路的设计
自举电路的作用是通过给电机施加激励电流来使电机转动，从而判断电机的初始位置。自举电路由一个电容和一个电阻组成，如图4所示。它可以通过控制电机的驱动电压来判断电机的初始位置。在电机转动的初始阶段，自举电路提供激励电流，帮助电机达到转动的最小速度。当电机速度达到一定值时，激励电流便不再需要。
图4自举电路