开关磁阻电机角度位置控制参数优化研究

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1、开关磁阻电机角度位置控制参数优化研究张彦宇，段树华，李华柏（湖南铁道职业技术学院，湖南，株洲，412001）摘要：角度位置控制是开关磁阻电机最基本的控制方式，本文对开关磁阻电机的开通角与关断角这两个参数及其运行特性进行了分析，并以8/6结构的SRD为例，通过理论分析及仿真研究对其进行优化设计，结果表明：好的开关角配置可以使电机的性能达到最优，提高系统的整体性能。主题词：开关磁阻电动机，整体特性，开通角，关断角中图分类号：TM352TheOptimalParametersConfigurationofSwitchedReluctanceDriverZhangYanyu,Duanshuhua,

2、LiHuabo(HunanRailwayProfessionalTechnologyCollege,ZhuzhouHunan,412001)Abstract:AnglePositionControlisthebasicmodeofSwitchedReluctanceDriver.ThepaperanalyzestwocontrolledparametersofSwitchedReluctanceDriver(Turn-onangleandturn-offangle)andoperationalcharacteristics.Thendiscussestheoptimaldesignofth

3、etwoparametersbywaysofcomputersimulationandtheoryresearchtoamotorof8/6Structure.Theresultsshowthattheoptimalturn-onangleandturn-offanglecanimprovetheperformanceofSRM，andmadeoverallcharacteristicsofthesystemsachieveoptimalperformance.Keywords:SwitchedReluctanceMachine，Overallcharacteristic，Turn-ona

4、ngle，Turn-offangle1引言开关磁阻电机(以下简称SRD)由磁阻电机（简称SRM）﹑功率变换器﹑检测器及控制器组成，是一种典型的机电一体化系统，具有优良的调速性能和运行效率，而且可控参数多，控制灵活。图1是8/6极SRM的基本结构。图1.8/6极SRM结构图Fig.1Four-phase8/6poleSRmotorStructure它的定子和转子铁芯是由硅钢片迭装而成，在定子铁芯内圆周和转子铁芯外圆周均匀分布有齿和槽，构成双凸极结构。定子铁芯每个凸极上安装有集中绕组，转子凸极上无绕组，也无永磁。定子圆周上相对的两个凸极上的绕组串联成为一相绕组，当某相绕组通电，将产生一个磁阻转

5、矩，力图使邻近的转子凸极与定子该相绕组轴线相重合，按一定的规律通断定子绕组，可使转子连续转动，改变绕组的通电顺序，电机将反转。由于SR电机的双凸极结构及磁路严重的非线性，导致电机转矩脉动及噪音大，但是通过优化设计及参数控制，可以使SR电机的噪声及转矩脉动降到PWM控制的异步电机的水平。本文通过优化参数的方法来提高系统的整体性能。2SR电机的可控参数m相SR电机平均转矩解析式为[7]　(1)式中，Us为电源相绕组电压，为旋转角速度，Nr为转子极数。由此可知SRD的可控参数有相绕组电压Us，开通角θon以及关断角θoff，只要改变其中一个或两个参数，便可以改变电机的转矩，实现SR电机的调速。保

6、持相绕组两端的电压不变，主要通过调节SR电机的主开关器件的导通角度，即开通角θon和关断角θoff的值，实现转矩和转速调节目的，称为角度位置控制(简称APC)，典型的相电流波形如图2所示。根据相电流的波形及规律，电动运行时开通角与关断角应满足以下基本条件：，。图2:APC方式下典型相电流波形Fig.2TypicalphasecurrentwaveformsbyAPC3SR电机θon与θoff的优化3.1开关角配置的基本原则SRD系统的出力、效率、稳定性及噪音等性能指标都与开通角θon和关断角θoff密切相关，所以必须对这两个参数进行最优选择与设计。开关角的配置是十分重要的，一组好的开关角配

7、置可以提高电机的运行性能，提高系统的性能价格比。作为SRD的参数优化，不是一个单目标的优化问题，而是一个需要考虑多种因素的约束和影响的综合参数选择问题。在保证各种约束条件的同时，一般以下面几条为目标进行参数的优化。（1）保持转矩的连续性与减小转矩的脉动，峰值不应过高，电流最好在一个较大范围内维持恒定。一般在SRD的设计中开关角配置应满足下式:(2)式中:m——电机的相数；N——电机的极数。（2）输出功率最大：SRD的作用