文 献 综 述

开关磁阻电机(switched reluctance motor，SRM)为双凸极结构，内部磁场是脉振性质的，因此其设计不同于其他传统的交流电机[1]。因其良好的调速性能和容错运行能力，受到了广泛的关注。然而位置传感器的引入不仅增加了系统成本和复杂程度，更重要的是降低了系统的鲁棒性和坚固性[2]。因此要保证 SRM 可靠运行和高性能控制，就必须准确获取转子置信息。传统的开关磁阻电机驱动系统中由于采用了转子位置传感器，严重影响了调速系统的可靠性，提高了成本，加大了安装调试的难度。因此 SRM 无位置传感技术已成为开关磁阻电机及其相关课题研究的热点之一[3]。

目前大多数开关磁阻电机采用光电传感器、磁敏传感器、旋转变压器等轴位置传感器获取转子的实时位置信息，不仅增加了电机结构和控制系统的成本和复杂性，在一些特殊工作条件下（如油污、高温、粉尘等），其可靠性也不能得到保证。因此直接利用绕组的电流、电压获取电机转子位置信息，研究高效率、低成本、高可靠性的无位置传感器技术具有重要的意义[4]。

一、开关磁阻电机无位置传感器技术的发展概况

无位置传感器技术一直是开关磁阻电机研究中的热点问题,目前主要的国外研究机构有美国德克萨斯大学、艾克朗大学、俄亥俄州立大学、威斯康辛麦迪逊大学和弗吉尼亚理工大学,英国的剑桥大学和利兹大学,日本的明治大学、东京理工学院,新加坡国立大学,印度科学院;国内主要研究机构有浙江大学天津大学,西北工业大学和南京航空航天大学等;另外,一些著名的公司如GE、Emerson、Switched Reluctance Drives Ltd等也都开展了相关的研究。但目前的研究仍处于原理验证阶段,并没有相关的产品问世[5]。

近年来，国内外学者相继提出了多种 SRM 无位置传感器方法。就算法的转速适应范围而言，可以将它们分为适合低速的方法和适合中、高速的方法两类[6]。开关磁阻电机初始位置判断和低速运行状态位置判断是 SRM 能否正确起动和运行的关键[7]。就SRM静止启动和低速运行而言,目前主要的无位置传感器方法有相电流波形法、调制解调法和高频脉冲注入法。

导通相电流波形法是由英国剑桥大学Acarnley教授等于1985年提出的,该方法的基本思想是在电流斩波模式下,增量电感取决于电流上升和下降时间,根据增量电感与转子位置的关系可以估计转子位置。调制解调法最早由美国德克萨斯大学Ehsani教授等提出,通过向非导通相外加正弦激励,采用频率调制(Frequency modulation, FM)、相位调制( Phase modulation, PM)以及幅度调制(Amplitude modulation, AM)等方法可以间接地获取转子位置信息。与调制解调法不同,高频脉冲注入法无需外加激励源,而直接利用功率变换器给非导通相注入高频检测脉冲。基于上述特点,近十年来,国内外学者利用脉冲注入法对SRM的无位置传感器静止启动进行了相关的研究。中、高速区域的无位置传感器技术的研究一直是国内外学者关注的焦点。对于中、高速运行区域,磁链/电流法、电感模型法、电流梯度法、观测器法等无位置传感器方法一直是国内外学者最为关注的方法[5]。

就SRM中、高速运行而言,主要有磁链-电流法、电感模型法、电流梯度法、观测器法等。其中，磁链-电流法研究最为普遍，而电机的磁链特性是电流-磁链法工作的基础[8]。

二、开关磁阻电机及无位置传感器检测转子位置的工作原理

开关磁阻电机与步进电机一样，遵循”磁阻最小原则”，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，因此导通相迫使转子运动到当前定转子为磁阻最小的位置，从而驱动转子的旋转。若为三相 12/8SRM 电机齿极结构及控制，如果按照 A-B-C 的相序顺次导通，则图中的电机将沿逆时针方向旋转；反之按照 B-A-C 的相序导通，则电机将沿顺时针方向旋转。可见，要改变 SRM 的转向，仅需改变相绕组的开通关断顺序，而与相电流的大小和方向无关。而相电流的改变，将影响到电机的转矩和转速。因此，功率变换器的导通相序与控制相电流的大小相结合，即可控制 SRM 的正常运行。