简介：双凸极永磁电机的主要特点是结构简单，适合于自动化制造。与双凸极永磁电机设计有关，得到使定位转矩为零的充分条件。鉴于位置传感器的不精确和一种现存的无位置传感器方案的移相困难，提出了一种新的无位置传感器方案。仿真验证了新方案的精确性。实际可行性由一单片机系统初步证实。关键词双凸极；永磁电机；无位置传感器中图分类号TM3文献标识码A文章编号1007-9599(2010)04-0000-01DoublySalientPermanentMagnetMotorControlSchemeShengHaoqi(NingboPublicTransportVehicleDetectionCo.,Ltd.,Ningbo315000,China)AbstractThemaincharacteristicsofDoublySalientPermanentMagnetMotorissimplestructure,suitableforautomatedmanufacturing.Andthedoublysalientpermanentmagnetmotordesignisrelatedtopositioningaresufficientconditionsforzerotorque.Giventheimprecisepositionsensorandanon-existingprogramphaseshiftpositionsensorproblems,anewUnpositionsensorscheme.SimulationresultsshowtheaccuracyofthenewprogramPracticalfeasibilityandinitialconfirmedbyamicrocomputersystem.KeywordsDoublySalient;Permanentmagnetmotor;Unpositionsensor双凸极永磁电机采用高性能永磁体激磁，工作在双极性状态下，其能量转化率和绕组利用率较传统变磁阻电机要高，因此它具有较高的转矩密度，与相同功率等级的传统变磁阻电机相比，其体积较小。由于高性能永磁体的采用，双凸极永磁电机设计时绕组匝数与相同功率等级的变磁阻电机相比要少，加之采用集中绕组和体积的减小，绕阻端部长度亦较小，故此电机铜耗较传统变磁阻电机要小。在小功率应用范围内，由于铜耗在总损耗中占较大分量，与传统变磁阻电机相比较，双凸极永磁电机在效率上的改进尤为明显。如果控制的设计能使用一个精确的模型，那么利用线性反馈技术和预先计算好的最优的转矩分配函数，就能导致最优的动态性能。然而，使用精确模型意味着复杂的在线计算，或者是巨大的用来查询的表格，这些暂时都难以实现；而实际上模型的不精确性是不可避免的，从而不可避免的使性能变坏；还有实际的测量的不精确。然而可以采用一种完全不同的思路，即使用一个简化的模型，而其中的参数被自适应的实时的调整。总之，改善双凸极电机的动态性能的控制方法正在不断完善。一、位置传感器方案“两相导通”策略下，控制器的主要任务是根据当前的转子位置决定哪个两相组合导通。事实上，导通原则只是间接地依赖于转子位置，而直接地依赖于反电势。换句话说，即“总是选择线反电势较大的两相导通”。由于反电势难以获知，而它与转子位置有固定的联系，因此改由检测转子位置来决定触发信号。如果反电势与转子位置的关系已知，那么，这样的传感器装置(比如槽形光耦配合遮光盘)不难设计。此时，控制器的作用就像一个简单的译码器，它接收3路位置传感器信号，而产生6路逆变桥控制信号。二、无位置传感器方案（一）位置传感器的缺点使用位置传感器无疑是最简单的，同时也是可靠的。更为重要的是，它不存在起动困难。其缺点是控制器与电机的连线过多、传感器增加了系统的硬件成本、不能灵活地调整控制策略，以及在大极对数下对传感器的安装精度要求过高。为解决这个问题，可以通过无位置传感器方案来解决。（二）一种经典的无位置传感器方案这一方案的原理是检测关断相反电势的过零点；在过零点之后，电机再转过30度电角，即换流时刻。通过检测三相端电位即可检测关断相反电势的过零点。任何平顶宽度达到或超过120度电角的反电势都能够保证，在某相成为关断相期间，另外两相的反电势的幅值始终相等。事实上，对反电势的要求无需如此苛刻。确切地说，只需在关断相反电势的过零点位置，导通两相的反电势具有相等的幅值即可。换句话说，在关断相反电势过零点位置的两边，中心点电位可以偏离导通两相端电位的中点。这样并不会引起检测过零点位置的误差。把这一要求称为对反电势的最小约束1。可以证明，反电势波形的峰(谷)若左右对称如正弦波、等腰梯形波，即可满足上述要求。当然，中心点电位的偏离不能太大，那样的话，将产生多余的伪过零点。如果反电势满足最小约束，则在此过零点位置，同样满足两相的电感相等，因为此时两相绕组处于相同的磁路环境。因此，与反电势的情况相同，即使在其它位置“电感相等”的条件不能满足，也不会影响过零点判断的精度。可见，过零点的判断几乎不依赖于电机参数;换句话说，过零点判断在理论上几乎没有误差。这是这一方案最(或许也是唯一)迷人的地方。误差在“移相30度”时开始引入。事实上，根本无法实现移相，因为并不能测量角度。所能做的，是在检测到过零点之后延迟一段时间(这段时间内，估计电机转过30度电角)，再实施换流。显然，延迟时间的长短依赖于当时的转速。由于电机在两个相邻的过零点之间转过60度电角，因此，延迟时间通常取前一个过零点到当前过零点的时间的一半。然而，这无疑使换流精度与动态响应成为矛盾。注意，不要误以为解决如何精确地转过30度电角是完善这一方案的关键。因为，如果能精确地转过30度电角，那么也能精确地转过60度电角，于是，可以从上一个换流点直接得到下一个换流点，而不需要再检测什么过零点。也就是说，到时候找到的是一个全新的方案，而不是对原方案的改进。因为电机静止时没有反电势，所以该方案存在起动困难。据作者所知，起动问题至今还没有成熟的、普遍适应的解决办法。在一些简单的场合，比如己知负载的大小和惯量，可以先由(任意)两相通电使转子定位，然后以开环调频的方式使电机按照既定的速度曲线起动。三、本文提出的无位置传感器方案鉴于上述方案将在“移相30度”时引入误差，作者提出了一种直接检测反电势交叉点的无位置传感器方案。必须承认，新方案虽然不需要移相，但将依赖于电机的参数。检测反电势的交叉点实质上是比较两相反电势的大小。显然，无法直接得到反电势然后比较它们。反电势的信息主要还是从相端电压获得。用Mierochip公司的PIC16F873单片机实现了新方案的最简模式。所谓最简模式，是直接比较相端电压，而不计电流的影响。这在轻载下不致引起太大的误差，仍可用来检验新方案的可行性。进一步补偿电流的影响须求助于DSP芯片(其中包括高速A/D转换)，因为算法包含微分运算以及与之相联系的数字滤波。与上一方案比较，新方案的优点是理论上没有误差;缺点是多了电流测量环节。注意，在补偿电流在绕组电感上的感应电压时，无需知道所有转子位置上的电感值，而只需知道换流时刻对应的电感值即可(与上一方案同理)。这一点相当重要，因为不然的话，该方案根本不可行。参考文献1MicroSimCorporation,BrushlessDCMotorModel,MicroSimApplicationNotes.Version8.0June,1997,44-54

简介：根据学生公寓常用的负载特点，给出了一种由负载电流特性检测负载的类型及线性负载大小的识别方法。详细介绍了设计思想和具体的硬件电路及软件设计，并且针对实际问题给出了解决方法。关键词线性负载；非线性整流性负载；负载识别中图分类号TP311.1文献标识码A文章编号1007-9599(2010)03-0000-02DigitalIdentificationDeviceMalignantLoadGaoKunsheng(HarbinInstituteofAutomationInstrumentation,HaErbin150020,China)AbstractAccordingtothestudentapartmentscommonload,itpresentsatestloadbytheloadcurrentcharacteristicsofthetypeandsizeofthelinearloadidentificationmethod.Detailthedesignconceptandthespecifichardwareandsoftwaredesign,andpracticalproblemspresentedforsolution.KeywordsLinearrectifier;Non-linearrectifierloadload;Loadidentification在目前的国内大学里，随着教育改革的深入，许多高校都实行后勤管理社会化。与此同时，关于高校学生公寓火灾事故的报道也日趋增多。据相关数据表明，这类火灾大部分是由于学生违章使用热得快、电炉等大功率阻性负载造成的。因此在确保学生正常用电的前提下，限制热得快、电炉等大功率电器的使用是亟待解决的问题。数字型恶性负载识别器正是为解决此类问题而设计的，此产品通过对学生公寓房间供电回路的实时检测，实现了对热得快、电饭锅、电炉子等危险发热性电器的限制使用，而对计算机、电视机、充电器等不会带来危险的电器则不限制使用。一、设计原理（一）线性负载与非线性整流性负载线性负载通常指的是纯电阻性负载。这类负载一般仅由电阻组成，不包含电容等元件，所以其输入电压波形与输入电流波形在形状上是一致的，区别仅在于二者的幅值不同，如图1a所示。学生公寓允许使用的负载类型主要是非线性整流负载，如计算机、电视机、充电器等。即负载电路中一般有电容存在，这使得电源只有在高于电容电压时做功，导致输入电流发生畸变。所以对于这类设备来说，虽然输入的交流电压是正弦波形，但其输入交流电流，的波形却严重畸变，呈脉冲状，如图1b所示。如何在非线性整流负载的使用过程中检测出投入的阻性负载成了众多学者研究的课题。（二）负载识别原理图1a和图1b进行比较可以看出在电压过零点的一定角度内，非线性整流性负载的值要远远小于线性负载。因此我们可以通过对电压过零点后的一定角度做积分的方式来判别线性负载和非线性整流性负载。实际的学生公寓既有线性负载又有非线性整流负载，这使得用户电路或负载的输入电流呈混合波形。其叠加后的波形如图1c所示，阴影部分就是混合负载的电流波形。图中竖线左侧阴影部分的面积是负载电流从电压过零点开始到该位置的积分值，可以看出非线性负载该部分面积很小，而混合负载和线性负载的面积几乎相同，因此该区域电流的积分数值能反映学生公寓输入的混合负载中线性负载的成分。二、硬件电路设计根据以上分析可知，电路应该包括过零点检测电路、放大电路、电流积分电路、比较电路等，图2是硬件结构示意图。首先通过过零检测电路检测到电压的过零点，从电压过零点开始通过积分电路对电流信号进行积分，这里的电流信号是经过采样放大电路放大滤波处理的，积分的时间由延时斩波电路控制，即可以控制积分电路对一个周波内的多少角度进行积分。积分电路得到的值反映了线性负载的大小，即图1c竖线左侧阴影部分的面积。单片机对积分电路的输出值进行A/D转换，判断该值的大小，并对电路的波动进行记录，通过几个周波的判断，确定是否有非法负载加入电路，综合判断是否切断电源及断电模式，单片机还可以对特定线性负载进行标定，确定指定的可以使用的电器正常使用。继电器驱动电路部分，使用磁保持继电器和相应的驱动电路，它能带动更大功率负载，自身功耗小，确保系统动作时能可靠运行。这里值得注意的是电流检测电阻的使用，一般都使用康铜丝，但是康铜丝在长时间使用时会被氧化，使电阻值发生变化，影响检测精度。我这里采用密闭式合金取样电阻，保证了对供电回路中用电器电流信号的采集精确度。三、软件设计单片机对积分电路的电压输出进行A/D转换，并判断是否超过标准电压值，确定是否有非法电路接入。如通过几个周波的判断确定有非法电路接入，那么再判断该非法电路是否进行了标定，如果标定了允许使用。否则驱动继电器断开电源进入延时程序之后接通电源，当多次断电之后，即非法电器一直在使用时，则永久断电需要手动通电。这里软件可以根据检测到的积分值的变化律来自动调整延时斩波电路的延时时间，最终得到一个相对合理的积分宽度，确保积分值能反映线性电阻的大小。还可以通过软件设定标准电压值，它用来调整允许通过的线性负载的最大值。软件还提供一个人机交互接口可以对一些数值进行设定，如断电延时时间、断电次数、允许通过的线性电阻的最大值等。应实际需要还提供了特殊电器的标定功能，通过通断电的方式就可以标定特定的允许使用的线性电器。四、应用效果经过实际现场应用该产品能自动识别房间内的用电情况，控制热得快、电炉、电暖器、电饭煲、电热锅等大功率恶性负载的使用，在插上恶性负载后能在几秒内断电，拔除恶性负载后能立即自动恢复供电。对电脑、日光灯、充电器等日常用电不加限制，从而大大地降低了火灾的发生概率，起到了安全节能的作用！产品控制的型号有200瓦和300瓦选择，设定的功率是对线性负载的功率限制，对超过设定功率的电脑、电视、普通照明等不限制，从而有效的方便了大中院校和单位集体宿舍的管理，得到了一致好评。参考文献1张湘伟,骆少明.小波分析在测试信号分析中的应用J.应用数学和力学,1998,32李昂.智能负载识别器的设计J.微机与应用,2005,421-223郑宇,姚加飞.基于谐波分离的学生公寓负载特性识别J.电子应用,2007,26,85张重,张道信,姜宝林.学生宿舍总线式限电计量计算机管理系统J.吉林建筑工程学院学报,2001,2注本论文是实用新型专利数字式安全用电识别管理装置的成果，专利号ZL03260271.5

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