電動(dòng)車用四相開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制及其仿真

馮圭堯　李斌　張培玉

摘 要：開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后，一種新型且性能比較高的開關(guān)磁阻電機(jī)傳動(dòng)控制技術(shù)。文章在電動(dòng)汽車運(yùn)行特點(diǎn)的前提下，對(duì)電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)進(jìn)行研究，并且在Matlab Sinmulink環(huán)境中進(jìn)行仿真，通過對(duì)仿真結(jié)果對(duì)比分析驗(yàn)證了直接轉(zhuǎn)矩控制策略的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；Matlab Sinmulink仿真

隨著人們生活水平日益提高，人均汽車占有量大幅度提升，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)生的尾氣對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，因此發(fā)展綠色交通工具成為當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)熱點(diǎn)話題。開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor，簡稱SRM）具有結(jié)構(gòu)簡單、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。SRM具有獨(dú)特的雙凸極結(jié)構(gòu)，因此存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大和噪聲問題。因此如何從控制角度抑制電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成為關(guān)鍵問題。

1 直接轉(zhuǎn)矩控制原理

直接轉(zhuǎn)矩控制的控制對(duì)象是功率變換器中的開關(guān)管，在保證定子磁鏈幅值不變的前提下，通過調(diào)整開關(guān)管的開通關(guān)斷來改變定轉(zhuǎn)子磁鏈的相角，從而控制轉(zhuǎn)矩的增減。

開關(guān)磁阻電機(jī)空間電壓矢量選擇：根據(jù)功率變換器中開關(guān)管通斷狀態(tài)的不同，定義“1”、“0”、“-1”三種狀態(tài)?！?”狀態(tài)表示上下橋臂開關(guān)管均導(dǎo)通；“0”狀態(tài)表示上橋臂關(guān)斷，下橋臂開關(guān)管導(dǎo)通；“-1”狀態(tài)表示上下橋臂開關(guān)管均關(guān)斷。之后在定子坐標(biāo)系下，定義出四相開關(guān)磁阻電機(jī)定子電壓的8個(gè)空間矢量，根據(jù)這8個(gè)電壓矢量的角平分線劃分，我們能夠得到8個(gè)區(qū)間，如圖1。

由圖1可知，當(dāng)在區(qū)間 N=k 內(nèi)（k=1、2、…、8）時(shí)，選擇超前于當(dāng)前磁鏈?zhǔn)噶康碾妷菏噶縐（k+1）、U（k+3）可以增大轉(zhuǎn)矩；反之選擇U（k-1）、U（k-3）可以減小轉(zhuǎn)矩。選擇與當(dāng)前磁鏈?zhǔn)噶繆A角小于90°的電壓矢量U（k+1）、U（k-1）可以使磁鏈增加；反之U（k+3）、U（k-3）使磁鏈減小。

2 Matlab_Simulink仿真

為了驗(yàn)證四相開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性，分別對(duì)四相開關(guān)磁阻電機(jī)的電流斬波控制方式以及直接轉(zhuǎn)矩控制方式進(jìn)行了仿真分析，圖2所示為開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真圖。我們對(duì)模型中的主要參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置：電機(jī)參數(shù)為：電壓72V，額定功率7.5KW，四相8/4極結(jié)構(gòu)，磁鏈？鬃=0.486Wb。

3 仿真結(jié)果分析

通過圖3和圖4中轉(zhuǎn)矩波形可以看出，對(duì)于電流斬波控制方式，轉(zhuǎn)矩在30N與10N上下變化，脈動(dòng)幅值將近20N。而對(duì)于直接轉(zhuǎn)矩控制方式，轉(zhuǎn)矩在20N與10N上下變化，脈動(dòng)幅值將近10N，相比之下，直接轉(zhuǎn)矩控制脈動(dòng)幅值較小，因此機(jī)械噪聲也較小。

4 結(jié)束語

文章從開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理出發(fā)，在Simulink仿真系統(tǒng)中對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和電流斬波控制系統(tǒng)分別進(jìn)行仿真，通過對(duì)仿真波形的對(duì)比分析，得到了令人比較滿意的結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步說明開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略是可以應(yīng)用到電動(dòng)車上的。

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作者簡介：馮圭堯（1988-），男，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事電機(jī)與電器的智能控制方面的研究。