开关磁阻电动机电流变幅斩波分析

摘要：开关磁阻电动机转矩波动是其为双凸极结构及由开关电源供电所产生的不可避免的现象。为使转矩波动最小化，在详细分析了三相及四相开关磁阻电动机在传统斩波方式下合成转矩输出波形及其转矩波动产生原因后，提出了变斩波幅值斩波控制方法，建立了线性的变斩波幅值控制模型。仿真计算了两种斩波方式下转矩波动情况，从而证实了变斩波幅值斩波控制方法对降低转矩波动的有效性。

关键词：开关磁阻电动机；转矩波动；电流变幅值斩波

1引言

开关磁阻电动机（简称SRM）作为一种新型可变速驱动系统，近年来颇受国内外电气传动界的关注。其结构简单、坚固、成本低、调速性能优良，在宽广的调速范围内都具有较高的效率，这是其它调速系统难以比拟的。但SRM的双凸极结构和采用开关电源供电的方式，导致了其不可避免的转矩波动，由此带来的噪声问题阻碍了其快速的发展。实现SRM转矩波动最小化运行具有较大的难度和复杂性。SRM的特殊结构决定了其输出转矩依赖于定子电流和转子位置。已有许多文献探讨了降低转矩波动问题，如调整定、转子齿尺寸使输出转矩平滑[1,2,3,4]，或依据预定法则使续流电流最优化[5,6]，从而使输出转矩平滑。对SRM绕组电流控制的传统方式是单幅值电流斩波控制，即在绕组通电期间电流斩波的幅值是不变的，此方式的转矩波动较严重。为使转矩波动最小化，本文提出了变幅值电流斩波控制方法。

2传统斩波方式下转矩波动原因

2.1电机模型

为分析SRM转矩输出情况，本文采用简化的电感模型。在定转子极不对齐的位置气隙大，此时电感为最小值Lu，在定转子极对齐的位置气隙小，电感为最大值La。简化的电感线性模型为

L(θ)=＋cos(Nrθ)（1）

式中：θ=ωt,Nr为转子极数。

因此电感变化率为：=Nrωsin(Nrωt)（2）

传统功率变换器情况下，电流供电及续流电压方程为

±us=iR＋L＋i（3）

图1传统斩波方式下三相SRM

（注：图(b)中为清晰可见三相合成转矩为实际值加5N·m）

(a)相电流波形(b)相转矩及三相合成转矩

(a)相电流波形(b)相转矩及三相合成转矩

图2传统斩波方式下四相SRM

（注：图(b)中为清晰可见三相合成转矩为实际值加0.3N·m）

因而=(4)

相电流产生的电磁转矩可简化为

Te=(5)

由相电流瞬时值可求出转矩瞬时值，依相序合成各相的瞬时转矩，即可求出系统输出转矩。[p]