國內外SRM電機無位置傳感器檢測技術的發展

白 超

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州510530）

開關磁阻電機 （Switched Reluctance Motor,SRM）一直以其成本低、結構簡單等優勢應用在很多領域，但是控制電機運轉實現不同的功能需要得知轉子的位置信息，所以精確地、實時地檢測運行中電機的轉子位置就是問題的關鍵。

1 無位置傳感器的檢測方法

對于開關磁阻電機的調速系統來說，傳統的轉子位置檢測方法都增加了額外的機械結構，從而限制了開關磁阻電機的應用領域。所以，無位置傳感器技術的研究與創新已成為SRM研究領域的重中之重。針對國內外的研究成果，簡單列寫了無位置傳感器檢測的方法，主要可分為四類[1]：導通相檢測法、非導通相檢測法、基于智能控制的檢測法、附加元件檢測法。

2 國內外無位置傳感技術的發展

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

國內的主要研究機構有浙江大學、天津大學、西北工業大學和南京航空航天大學等[2]。

下面通過對部分大學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的研究現狀和發展。

南京航空航天大學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——通過向非導通相注入高頻脈沖，在整個周期內檢測三相電流上升斜率與下降斜率之差，這些離散的差值經過濾波后分別形成三條包絡線，它們與電感存在著特定的關系，根據這些包絡線的交點就能來確定轉子的位置，其他位置可以根據轉速推算得出，從而實現電機的正常運行及開通、關斷角可調控制。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——根據開關磁阻電機控制的特點，轉子位置檢測可以簡化為換相位置的檢測。通過建立關于換相位置的磁鏈與定、轉子對齊位置磁鏈的非線性關系的模糊模型，只要存儲定、轉子對齊位置的磁鏈－電流特性曲線，就可得到任意給定的經綜合考慮轉矩、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化的參考磁鏈進行比較，就可以得到相應的換相信號。不但具備簡化磁鏈法的所需內存小、算法簡單快速、無需附加硬件等優點，而且可以根據電機運行特性優化選擇合理的換相位置，非常適合高速運行時的位置檢測。

南京航空航天大學還提出過一種開關磁阻電機無位置傳感器初始定位和啟動方法，是基于開關磁阻電機的電感隨轉子位置周期性變化的基本特點，設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；根據各相電感計算值與底部閾值和頂部閾值的大小關系，判斷當前可開通相，同時選擇初始位置角估計相；建立相電感數學模型，在所選估計相中利用電感數學模型與電感計算值關系得到角度信息。該方法可以精確得到初始導通相選擇信號，同時可以計算出轉子初始位置角，因此可以實現開關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磁阻電機啟動裝置，并具體包括用于向定子線圈發送啟動脈沖的啟動脈沖發生單元；用于檢測定子線圈中續流時間的檢測單元；用于在各定子線圈中切換發送啟動脈沖的切換單元；控制啟動脈沖發生單元并對檢測單元檢測到的定子線圈中的續流時間進行比較處理、根據比較結果控制切換單元的控制單元；這種啟動裝置不用設定閾值，適應性好，控制方便，不會造成反轉，能迅速找到啟動相，能迅速獲得大轉矩啟動。

英國的開關磁阻電機驅動裝置有限公司（SWITCHED RELUCTANCE DRIVES LTD）作為最早的開關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）通過把已知數值的電流同時注入到兩個相位中確定在啟動時的轉子位置，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子角度的上升時間存儲表，這由每個上升時間產生兩個可能轉子位置，比較角度而產生實際位置。

2）當同時使用多個相來為應用產生足夠的轉矩時，磁路部件的增加的漏磁通以及減小的磁導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的特性數據，控制系統能夠更準確地確定轉子位置

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的磁通鏈值；跟蹤指示磁通鏈的參數值；將轉子推進到第二點，在第二點處在相繞組上施加正電壓；在轉子的隨后的第三點得出相電流值和參數值；基于在所述第三點的參數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子位置。當電流不連續時，即使在傳統單脈沖模式下，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式磁阻電動機驅動方法，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 結束語

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

［1］鄧智泉,蔡駿.開關磁阻電機無位置傳感器技術的研究現狀和發展趨勢[J].南京航空航天大學學報,2012(5)611-620.

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