開關磁阻電動機電流變幅斬波分析

摘要：開關磁阻電動機轉矩波動是其為雙凸極結構及由開關電源供電所產生的不可避免的現象。為使轉矩波動最小化，在詳細分析了三相及四相開關磁阻電動機在傳統斬波方式下合成轉矩輸出波形及其轉矩波動產生原因后，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矩波動情況，從而證實了變斬波幅值斬波控制方法對降低轉矩波動的有效性。

關鍵詞：開關磁阻電動機；轉矩波動；電流變幅值斬波

1引言

開關磁阻電動機（簡稱SRM）作為一種新型可變速驅動系統，近年來頗受國內外電氣傳動界的關注。其結構簡單、堅固、成本低、調速性能優良，在寬廣的調速范圍內都具有較高的效率，這是其它調速系統難以比擬的。但SRM的雙凸極結構和采用開關電源供電的方式，導致了其不可避免的轉矩波動，由此帶來的噪聲問題阻礙了其快速的發展。實現SRM轉矩波動最小化運行具有較大的難度和復雜性。SRM的特殊結構決定了其輸出轉矩依賴于定子電流和轉子位置。已有許多文獻探討了降低轉矩波動問題，如調整定、轉子齒尺寸使輸出轉矩平滑[1,2,3,4]，或依據預定法則使續流電流最優化[5,6]，從而使輸出轉矩平滑。對SRM繞組電流控制的傳統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，此方式的轉矩波動較嚴重。為使轉矩波動最小化，本文提出了變幅值電流斬波控制方法。

2傳統斬波方式下轉矩波動原因

2.1電機模型

為分析SRM轉矩輸出情況，本文采用簡化的電感模型。在定轉子極不對齊的位置氣隙大，此時電感為最小值Lu，在定轉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為轉子極數。

因此電感變化率為：=Nrωsin(Nrωt)（2）

傳統功率變換器情況下，電流供電及續流電壓方程為

±us=iR＋L＋i（3）

圖1傳統斬波方式下三相SRM

（注：圖(b)中為清晰可見三相合成轉矩為實際值加5N·m）

(a)相電流波形(b)相轉矩及三相合成轉矩

(a)相電流波形(b)相轉矩及三相合成轉矩

圖2傳統斬波方式下四相SRM

（注：圖(b)中為清晰可見三相合成轉矩為實際值加0.3N·m）

因而=(4)

相電流產生的電磁轉矩可簡化為

Te=(5)

由相電流瞬時值可求出轉矩瞬時值，依相序合成各相的瞬時轉矩，即可求出系統輸出轉矩。