三相开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第176期)机械工程与自动化No．12013年2月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMA2、IONFeb．文章编号：1672—6413(2013)01—0148—03三相开关磁阻电机直接转矩控制系统的研究肖霄，蔡森，陈雪波(辽宁科技大学电子与信息工程学院，辽宁鞍山l14051)摘要：为提高开关磁阻电机的动态性能，将直接转矩控制方法应用于开关磁阻电机调速系统。以电磁转矩和磁链作为控制变量，比较给定转矩和反馈转矩以及给定磁链和反馈磁链的大

2、小，给出磁链和转矩的增、减趋势，通过查询电压矢量表确定功率变换器的触发相位，使电机运行。在MArLAB／Simulink环境下，进行了开关磁阻电机直接转矩控制算法的仿真实验。结果表明，采用直接转矩控制策略可以改善开关磁阻电机的动态性能。关键词：开关磁阻电机；直接转矩控制；电机动态性能中图分类号：TM352：TP273文献标识码：A0引言均为矢量，可表示为：开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，△一UAt。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)SRM)是一种结构简单、效率高、成本低

3、廉的新型电f+1一+△II[I。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)机。但开关磁阻电机为双凸极结构，因而电机在运行其中：△f为定子电压施加时间；为当前时刻定子磁时易产生噪声和转矩脉动，因此如何减小电机运行时链；+为下一时刻定子磁链；△。为定子磁链增量。的转矩脉动成为关键问题。任何时刻所产生磁链增量△的方向与电源U的方向潘再平研究了开关磁阻电机转矩分配函数的控制相同，其幅值大小正比于所加时间△￡的长短。方法，避免了换相时刻的过流现象，并提高了电机低速1．2转矩与磁链运行时的效率，且减小转矩脉动n]。韩守义采

4、用角度对SRM的转矩分析可知，电机的电磁转矩等于位置控制策略，降低了驱动器件开关损耗，增强了开关在任意时间内转子位置变化时对应的电磁能变化率，磁阻电机在高速运行时的效率，并抑制了转矩脉动]。电机的电磁能可由磁链表达，忽略电机内其他磁能影转矩分配函数方法较适合低速控制，角度位置控制更响，因此电机的转矩丁(Nm)可近似表为：适用于高速控制。T≈。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．(4)直接转矩控制可以将低速控制和高速控制相结合，使电机在低速和在高速均有良好的运行性能。本电机的基本电磁方程式中相磁链(，i)是电流文以直接

5、转矩控制理论为基础，结合开关磁阻电机自和转子位置的非线性表达式，其非线性磁链的偏微分身特点，采取适合开关磁阻电机的控制方法，该方法是形式为：电机产生的磁链控制电机转矩的方向和大小。其方法U=Ri+⋯+。可以有效地抑制转矩脉动，提高电机性能。1SRM直接转矩控制数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)由于电机定子电阻较小可忽略，将式(5)表达为：1．1开关磁阻电机的电磁方程u—O(J(O,i)OO开关磁阻电机的电磁方程为：dadf。_一U=Ri十。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．(1)d￡：。dt

6、Oi其中：u为电机定子端电压，V；R为电机定子电阻，Q；对式(6)进行拉氏变换得：f为定子电流，A；为定子磁链，Wb；0为定子与转子【，一相对位置，(。)。由于电机的定子电阻较小，可忽略。磁链和电压收稿日期：2012—09—29；修回日期：2012～10—08作者简介：肖霄(1987一)，女，辽宁鞍山人，在读硕上研究生，主要研究方向：复杂大系统。学兔兔www.xuetutu.com2013年第1期肖霄，等：三相开关磁阻电机直接转矩控制系统的研究·149·相合成的定子磁链，将三相定子磁链经矢量变换得

7、到其中：转子转速一,rad／s，电感L一，H。UL，‘静止a—I9坐标系，公式如下：由式(7)可知，电流与磁链有一个一阶延迟环节，一一cos60。一cos60。。⋯⋯⋯⋯⋯(8)可认为当磁链变化时，电流为常量，因此可由定子磁链一sin60。一~csin60。。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)控制电机转矩；再由磁链和电压的关系可知，磁链方向其中：、、、、为磁链矢量，wb。磁链幅值和和大小可由电压矢量控制嘲，因此由外加电压矢量的磁链矢量角定义为：方法可求得期望转矩。一~／+。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1O)2功率变

8、换器结构与空间电压矢量，^y—arctan(2)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11)2．1功率变换器结构a本文采用不对称半桥式电路作为控制系统的功率由式(10)、式(11)可计算出实际磁链在空问6个变换器主回路[4]，以三相6／4极电机为研究对象，其三扇区的位置。转矩符号完全由磁链偏微分决定，与相相绕组之间相互独立，每个桥臂由2个主开关器件和2绕组电流方向没有关系。若定子磁链对转子角度的变个续流二极管以及电机的一相绕组组成，如图1所示。化率为正，则转矩符号为正，转矩增大；反之亦然。以A相