開關(guān)磁阻電動機(jī)電流變幅斬波分析

摘要：開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)矩波動是其為雙凸極結(jié)構(gòu)及由開關(guān)電源供電所產(chǎn)生的不可避免的現(xiàn)象。為使轉(zhuǎn)矩波動最小化，在詳細(xì)分析了三相及四相開關(guān)磁阻電動機(jī)在傳統(tǒng)斬波方式下合成轉(zhuǎn)矩輸出波形及其轉(zhuǎn)矩波動產(chǎn)生原因后，提出了變斬波幅值斬波控制方法，建立了線性的變斬波幅值控制模型。仿真計算了兩種斬波方式下轉(zhuǎn)矩波動情況，從而證實(shí)了變斬波幅值斬波控制方法對降低轉(zhuǎn)矩波動的有效性。

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電動機(jī)；轉(zhuǎn)矩波動；電流變幅值斬波

1引言

開關(guān)磁阻電動機(jī)（簡稱SRM）作為一種新型可變速驅(qū)動系統(tǒng)，近年來頗受國內(nèi)外電氣傳動界的關(guān)注。其結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、成本低、調(diào)速性能優(yōu)良，在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率，這是其它調(diào)速系統(tǒng)難以比擬的。但SRM的雙凸極結(jié)構(gòu)和采用開關(guān)電源供電的方式，導(dǎo)致了其不可避免的轉(zhuǎn)矩波動，由此帶來的噪聲問題阻礙了其快速的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)SRM轉(zhuǎn)矩波動最小化運(yùn)行具有較大的難度和復(fù)雜性。SRM的特殊結(jié)構(gòu)決定了其輸出轉(zhuǎn)矩依賴于定子電流和轉(zhuǎn)子位置。已有許多文獻(xiàn)探討了降低轉(zhuǎn)矩波動問題，如調(diào)整定、轉(zhuǎn)子齒尺寸使輸出轉(zhuǎn)矩平滑[1,2,3,4]，或依據(jù)預(yù)定法則使續(xù)流電流最優(yōu)化[5,6]，從而使輸出轉(zhuǎn)矩平滑。對SRM繞組電流控制的傳統(tǒng)方式是單幅值電流斬波控制，即在繞組通電期間電流斬波的幅值是不變的，此方式的轉(zhuǎn)矩波動較嚴(yán)重。為使轉(zhuǎn)矩波動最小化，本文提出了變幅值電流斬波控制方法。

2傳統(tǒng)斬波方式下轉(zhuǎn)矩波動原因

2.1電機(jī)模型

為分析SRM轉(zhuǎn)矩輸出情況，本文采用簡化的電感模型。在定轉(zhuǎn)子極不對齊的位置氣隙大，此時電感為最小值Lu，在定轉(zhuǎn)子極對齊的位置氣隙小，電感為最大值La。簡化的電感線性模型為

L(θ)=＋cos(Nrθ)（1）

式中：θ=ωt,Nr為轉(zhuǎn)子極數(shù)。

因此電感變化率為：=Nrωsin(Nrωt)（2）

傳統(tǒng)功率變換器情況下，電流供電及續(xù)流電壓方程為

±us=iR＋L＋i（3）

圖1傳統(tǒng)斬波方式下三相SRM

（注：圖(b)中為清晰可見三相合成轉(zhuǎn)矩為實(shí)際值加5N·m）

(a)相電流波形(b)相轉(zhuǎn)矩及三相合成轉(zhuǎn)矩

(a)相電流波形(b)相轉(zhuǎn)矩及三相合成轉(zhuǎn)矩

圖2傳統(tǒng)斬波方式下四相SRM

（注：圖(b)中為清晰可見三相合成轉(zhuǎn)矩為實(shí)際值加0.3N·m）

因而=(4)

相電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩可簡化為

Te=(5)

由相電流瞬時值可求出轉(zhuǎn)矩瞬時值，依相序合成各相的瞬時轉(zhuǎn)矩，即可求出系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩。