电动角磨机用开关磁阻电机驱动系统设计
电动角磨机用开关磁阻电机驱动系统设计
张云;王知学;付东山;赵波
【摘要】设计了电动角磨机用开关磁阻电机驱动系统.首先,根据电动角磨机的应用特点,设计了两相开关磁阻电机的基本结构,通过电磁仿真优化计算,确定了电机的各项参数;然后,根据电机的结构特点,给出了线性化的电机模型,并给出了电感及转矩的计算公式;接着,给出了电机的合成转矩模型,设计了低速控制方法,满足电机快速起动要求,并给出了电机高速运行时的效率优化方法及控制策略;最后,通过试验测试了设计的驱动系统.%Drive system of switched reluctance notor for an electric angle grinder was designed.Firstly,according to the characteristics of the application of the electric angle grinder,the basic structure of the two phase switched reluctance motor was designed.Meanwhile,the parameters of the motor were determined by the electromagnetic simulation optimization calculation;Then,according to the structure characteristics of the motor,the linear model of the motor was given and the calculation formula of the inductance and torque were given;Then,the synthetic torque model of the motor was given and the control method at low speed process was designed to meet the requirement of fast starting of the motor.Moreover,the efficiency optimization method and the control strategy of the motor were given;Finally,the design of the driving system was tested by experiments.
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2017(044)003
【总页数】5页(P66-70)
【关键词】电动角磨机;两相开关磁阻电机;电机控制
【作者】张云;王知学;付东山;赵波
【作者单位】山东省科学院自动化研究所山东省汽车电子技术重点实验室,山东济南 250014;山东省科学院自动化研究所山东省汽车电子技术重点实验室,山东济南250014;山东大学电气工程学院,山东济南 250061;山东省科学院自动化研究所山东省汽车电子技术重点实验室,山东济南 250014
【正文语种】中文
【中图分类】TM352
当前电动角磨机中大量使用的串激电机[1]存在一些不足之处：电源直接供电，起动电流大；串励驱动，转矩特性软；转子上有励磁绕组，生产工艺复杂；需要频繁更换电刷，使用不便。
开关磁阻电机结构简单、可靠性高；转子上只有硅钢片，没有绕组，工艺简单、生产成本低[2]；控制器根据转子位置控制绕组电流，无须电刷，方便使用；起动电力小，调速性能及转矩特性好。电动角磨机一般工作于较高的转速，并且只做单方向旋转，将两相开关磁阻电机用于电动角磨机中，能够很好地利用开关磁阻电机优良的高速性能，避开其低速转矩脉动大的缺点。
由电机理论知，两相开关磁阻电机不具备双向旋转的自起动能力[3]，特殊设计的定转子结构，可使电机单向起动[4]。本文面向电动角磨机，设计了具有自起动能力的单转向两相开关磁阻电机，给出了该电机的线性模型，提出了起动运行及高速控制的策略，设计了硬件控制系统，并通过试验验证了设计的两相开关磁阻电机驱动系统应用于电动角磨机的优越性。
电动角磨机的结构如图1所示，输入电源为AC 220 V，控制器、电机、风扇位于角磨机的圆筒形腔体内，电机输出轴上固定风扇，与电机同转速旋转，为电机及其控制器散热。电机一般工作于20 000 r/min以上，通过减速器驱动砂轮片，输出约为6 000 r/min的机械转速。
本系统设计的两相开关磁阻电机结构如图2所示。为了保证电机转矩的连续性，
转子采用大极弧系数结构，使两相绕组电感的上升区域有重合部分，从而保证在任意时刻都有驱动转矩。
另一方面，由于两相绕组电感的上升区域重叠，则在该区域内，两相绕组出力相同，电机无法自起动，为此，转子齿设计为阶梯结构，如图3所示。电感重叠区域两
相绕组电感的斜率不同，相同的驱动电流下，电机转向电感斜率较大的绕组方向，从而保证了电机的单向起动性能。
根据电动角磨机的性能要求，电机的设计参数如表1所示。
根据表1提供的电机基本参数，通过多次有限元优化仿真计算[5-6]，最终确定电
机采用8/4极定、转子结构，定子极弧系数为0.5，定子内径为53.6 mm，定子
轭厚为8 mm，绕组匝数为38，转子的关键尺寸如图3所示。电机两相分别通5
A电流时的静态转矩特性如图4所示。由图4可知，采用适当的控制方式，电机
在任何转子位置都具备自起动能力。
2.1 两相开关磁阻电机的线性模型分析
根据文献[2]中提出的开关磁阻电机线性模型的分析方法，给出两相开关磁阻电机
的绕组电感随转子位置角变化的曲线，如图5所示。图5中电感分为5段：最小
电感区域、电感缓慢上升区域、电感快速上升区域、电感最大区域、电感快速下降区域。
图5上方的La为A相绕组电感曲线，下方的Lb为B相绕组电感曲线，两相绕组电感都随转子位置周期性变化。图2中的电机转子顺时针旋转，以Lb为例，定义
电感曲线的关键位置：定子齿中心线与转子槽中心线重合的位置为坐标原点θ0；
θ9位置为转子小气隙齿面区域完全离开定子齿面的时刻，电感Lb开始进入最小
值区域；θ1位置为转子大气隙齿面区域开始面对定子齿面的时刻，绕组电感进入
缓慢上升区域，斜率为K1；θ4位置为转子小气隙齿面区域开始面对定子齿面的时刻，绕组电感进入快速上升区域，斜率为K2；θ7位置为转子小气隙齿面区域完全面对定子齿面的时刻，进入电感最大区域；θ8位置为转子小气隙齿面区域开始离
开定子齿面的时刻，绕组电感进入快速下降区域，斜率为K3(K3<0)；之后又到达θ9位置。
线性模型中，电感Lb随转子位置角变化为
式中： K1——绕组电感在缓慢上升区的斜率； K2——绕组电感在快速上升区的
斜率； K3——绕组电感在快速下降区的斜率。
对于给定电流i，该相的磁链方程为
转矩方程为
2.2 起动过程控制
由图5中线性模型的绕组电感曲线可知，一相绕组电感的快速上升区和另一相绕
组电感的缓慢上升区有一定的重合，电机转子在任何位置都能够自起动。
假设在电机每相电感上升区域，分别给定相绕组固定的电流i，由图5及式(4)得两相合成转矩曲线如图6所示。随着转子位置的变化，电机转矩由三段构成，T3为
电流i在绕组电感缓慢上升区域产生的转矩，T2为电流i在绕组电感快速上升区域产生的转矩，T1为电流i在两相绕组电感上升区域重合时产生的合成转矩。
根据式(4)给出的转矩方程，在起动及低速运行时，采用双相-单相的控制方式[7]，控制策略如图7所示，分别对各相绕组电流进行PI控制，没有考虑电感上升重叠
区域共同出力的情况，虽然可能产生一定的转矩脉动，但是能够快速完成起动过程。图7中，根据实际起动要求，设置起动过程中目标转速v的变化规律，使其以一
定的加速度平稳达到高速运行控制过程，v与反馈转速比较后输入到转速PI控制
器中，得到起动电流；各相的开通关断角判断模块θon /θoff根据转子位置θ的
变化，在该相绕组电感处于上升区域时，控制电流跟踪目标电流i*，驱动电机运行。
2.3 高速控制
开关磁阻电机一相绕组的电压方程为[3]
式中： rk——一相绕组电阻；
Lk——一相绕组电感，是转子位置角θ和电流ik的函数；
ik——一相绕组电流；
ω——角速度；
er——磁链变化在绕组中引起的变压器电动势；
ea——转子旋转使绕组交链的磁链发生变化而引起的旋转电动势。
在电机起动过程后期，随着电机转速的升高，旋转电动势ea不断升高，电流逐渐增大，使变压器电动势er也变大。由于ea和er的平衡作用，电流ik上升速度受到限制，使图7中电流PI控制器的积分环节达到饱和，失去对电流的控制作用，
电机进入高速运行阶段。此时必须采用高速控制方法，为此本文设计了电流限幅角度位置转速闭环控制策略，如图8所示。
图8中，转速PI输出为每相的开通角，通过功率管驱动逻辑控制功率管的开关，
用于调节电机转速；限流比较环节，将检测到的各相电流与设定的电流最大限制值相比较，如电流过大则关闭功率管，避免电流过大损坏控制器。
由图5电机线性模型的绕组电感曲线可知，当绕组电感位于下降区时，电流将产
生负转矩，影响电机的效率。这时关断角计算模块检测绕组电感最大区域结束时的电流是否为0，进而调整关断角，使该位置时，相电流恰好为0，从而最大限度地利用相电流驱动电机而不产生负转矩。
3.1 控制系统设计
针对两相开关磁阻电机设计了控制器[8]，功能框图如图9所示。系统供电为AC 220 V，经过整理滤波模块后，转换为310 V直流电源，功率模块为两相不对称半桥结构[2]，通过电源模块“DC 310 V/DC 15 V”得到功率管驱动电路所需的15 V电源，再由“DC 15 V/DC 5 V”获得逻辑控制电路所需的5 V电源；逻辑控制电路根据检测到的相电流及转子位置，计算后发出控制逻辑；功率驱动电路根据逻辑控制电路的控制逻辑驱动不对称半桥的功率管，并根据检测到的电流实行限流保护。
两相开关磁阻电机样机的定子及转子实物如图10(a)所示，图10(b)为电机控制器，图10(c)为装配了电机及控制器的角磨机测试图片。
3.2 测试分析
角磨机用两相开关磁阻电机系统的测试曲线如图11所示。图11(a)为电机起动起
始阶段的电流波形，可以看出，控制器能够对电机电流实现精确的控制；图11(b)为电机起动过程中的电流波形，为了增大起动转矩，实行两相-一相的驱动方式，
在电流换相期间，有电流重叠现象；图11(c)为电机高速运行时的电流波形，此时电机转速为24 000 r/min，采用关断角优化的APC控制，电流较为平滑；图
11(d)为电机的效率曲线。由于测功机获得的转矩是经过冷却风扇及减速器后的最
终输出值，所以整机效率的数值不高，但可以说明新的驱动系统的效果(曲线a为
相同参数的串激电机驱动的角磨机效率，曲线b为两相开关磁阻电机系统的效率)，也可以看出，开关磁阻电机在低负载下效率较高，而在额定负载下，开关磁阻电机的效率略低于串激电机。这说明两相开关磁阻电机在较宽的范围内具有效率优势。本文设计了电动角磨机用两相开关磁阻电机、控制策略及硬件系统，通过试验测试验证了设计的驱动系统的可用性，效率比较曲线说明该电机驱动系统较串激电机具有效率优势。
【相关文献】
[1] 庄晓龙.单相串激电动机设计与制造[M].北京：科学出版社,2012.
[2] 王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术[M].北京: 机械工业出版社,1999.
[3] 吴红星.开关磁阻电机系统理论与控制技术[M].北京: 中国电力出版社,2010.
[4] CRIVII M.Two phase switche d reluctance motors[C]∥ Workshop on Variable Reluctance Electrical Machines Technical University of Cluj-Napoca, 17th September 2002.
[5] 苏建强,李长兵,冯亮.开关磁阻电动机非线性建模与系统仿真[J].车辆与动力技术,2009, 115(3): 18-21.
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开关磁阻电机原理和应用
开关磁阻电机 开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的构造简单稳固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器那么安装在电机的一端。 其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直承受开关控制，故称为开关磁阻电动机。 特征 开关磁阻电机构造简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种上下速驱动调速系统。使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用〔电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域〕。 优点 ◆其构造简单，价格廉价，电机的转子没有绕组和磁铁。 ◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。由于绕组均在定子上，电机容易冷却。效率高，损耗小。 ◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。 ◆转子上没有电刷构造稳固，适用于高速驱动。 ◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。 ◆调速范围宽，控制灵敏，易于实现各种再生制动才能。 ◆并具频繁启动〔1000次/小时〕，正向反向运转的特殊场合使用。 ◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。 ◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。 ◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。 缺点 其工作原理决定了，假设需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。 因其要使用位置传感器，增加了构造复杂性，降低了可靠性。 对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会表达的更加明显。 假设单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要参加更加复杂的算法。 另外，运行时噪音和振动较大、非线形性强也是开关磁阻电机需要解决的问题。 目前国内实用的磁阻电机属于初级阶段，部分产品控制相对粗放，电机的响应速度慢、低速下的脉动大，难以实现较高的控制精度。 构造原理 双凸极构造
开关磁阻电机研究的背景及意义
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一、项目目的与意义 开关磁阻电机设计及其在矿山机械中的应用研究项目属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中工业节能（机电产品节能）、基础件和通用部件的重点支持领域，同时符合《湖南省加快培育和发展战略性新兴产业总体规划纲要》高效节能制造产业中节能电机重点发展领域。 开关磁阻电动机(SRD)调速系统是基于计算机和电力电子技术的控制器及开关磁阻电动机的新型调速系统，由开关磁阻电动机与微机智能控制器两个部分组成。开关磁阻电动机调速系统的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大、控制灵活，此外还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。除可以取代已有的电气传动调速系统(如直流调速系统、变频调速系统)外，开关磁阻电动机调速系统还十分适用于矿山井下机电设备需要重载启动、频繁启动、正反转、长期低速运行的应用场合，如无极绳牵引车、电牵引采煤机、刮板输送机等。 据有关资料统计，我国煤矿辅助运输职员约占井下职工总数的1/3，且矿井每采百万吨煤需要1200 ~ 1500名职工从事辅助运输，用工量是发达国家的7 ~ 10倍。其主要原因就是我国煤矿辅助运输系统落后，效率太低，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统方式，严重影响矿井生产效率和煤矿安全生产。随着当前大中型矿井的建设，矿井辅助运输设计与选型是矿井建设的重要课题之一，提高矿井辅助运输的装备水平对确保矿井生产产量进步具有极其深远的意义。 目前，我国矿用机械交流电动机采用较多的调速方式主要有交流变频调速和开关磁阻电动机调速。交流变频技术硬件成本较高、控制电路复杂且不宜进行维护和维修，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握变频器核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能针对矿井特殊的应用条件将变频器加以改进和设计，较难适应矿用要求。开关磁
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统 开关磁阻电机 Switched Reluctance Drivesystem, SRD 开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drive system, SRD)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，起动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。这使得SR电机驱动系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。 SR电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，SR电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能——电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能——发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。 开关磁阻电机的发展概况和发展趋势 “开关磁阻电机(Switched reluctance motor)”一词源见于美国学者 S.A.Nasarl969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：①开关性——电机必须工作在一种连续的开关模式，这是为什么在各种新型功率半导体器件可以获得后这种电机才得以发展的主要原因；②磁阻性——它是真正的磁阻电机，定、转子具有可变磁阻磁路，更确切地说，是一种双凸极电机。开关磁阻电机的概念实际非常久远，可以追溯到19世纪称为“电磁发动机”的发明，这也是现代步进电机的先驱。在美国，这种电机常常被称为“可变磁阻电机(variable reluctance motor, VR电机)”一词, 但是VR电机也是步进电机的一种形式，容易引起混淆。有时人们也用“无刷磁阻电机(Brushless reluctance motor)”一词，以强调这种电机的无刷性。“电子换向磁阻电机(Electronically commutated reluctance motor)”一词也曾采用，从工作原理来看，甚至比“开关磁阻”的说法更准确—些，但也容易与电子换向的水磁直流电机相混淆。毫无疑问，正是由于英国 P．J．Lawrenson教授及其同事们的杰出贡献，赋予了现代SR电机新的意义，开关磁阻电机一词也因此逐渐为人们所接受和采用。 从电机结构和运行原理上看，SR电机与大步距角的反应式步进电机十分相似，因此有人将SR电机看成是一种高速大步距角的步进电机。但事实上，两者是有本质差别的，这种差别体现在电机设计、控制方法、性能特性和应用场合等方面，见表11-1。
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开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用二 低轴阻发电机参考资料 1 引言 开关磁阻电机驱动系统SDR具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护,启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好,在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力;这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用; SR电机是一种机电能量转换装置;根据可逆原理,SR电机和传统电机一样,它既可将电能转换为机械能—电动运行,在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行,其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程;本文将从SR电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理; 2 电动运行原理 转矩产生原理控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息,结合给定的运行命令正转或反转,导通相应的定子相绕组的主开关元件;对应相绕组中有电流流过,产 生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置;当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合平衡位置时,电磁转矩消失;此时 控制器根据新的位置信息,在定转子即将达到平衡位置时,向功率变换器发出命令,关断 当前相的主开关元件,而导通下一相,则转子又会向下一个平衡位置转动;这样,控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关,就可产 生连续的同转向的电磁转矩,使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小,就可使系统在最隹状态下运行;
开关磁阻电机控制系统
开关磁阻电机控制系统 摘要:开关磁阻电机(SRM)是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高,可以进一步提升系统的安全稳定性。 关键词：驱动系统；电动机；开关磁阻电机 1引言 开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志。与反应式步进电机相似,SR电机系双凸极源可变磁阻电动机,其定,转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成,且定,转子极数不同。定子上装有简单的集中绕组,转子只由叠片构成,没有绕组和永磁体。功率变换器向SR 电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到知的直流电供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令,速度反馈信号及电流传感器,位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中道主开关器件的工作状态。 2电动机的种类区分 如今最常使用的电动机分别有一下四类 （1）直流电动机 直流电动机的成本低廉、电路简单、易于实现平滑调速，同时有着良好的四象限运行能力，满足用于电动汽车的部分需求。
然而传统直流电机存在机械换向器和电刷，运行中会产生电火花和电磁辐射，从而干扰到车辆的电子控制系统，不利于车联网体系的建立。除此之外，机械换 向器有着极为复杂的结构，难以简单制造且使车速到达高速。 （2）交流感应电机 交流感应电机一般采用六用鼠笼型的结构，对比与其他电机，三相鼠笼型电 动机成本较低，运行效率高，拥有良好的可靠性的同时便于维修的优点，而且体 积小。通过一定的控制策略，，交流感应电机也可以实现类似于直流电机的良好 调速特性。但与此同时，交流感应电机用电量大，在使用过程中发热严重，调 速性能不佳，控制系统复杂且需要一定的成本。 （3）无刷永磁电机 永磁电机是一种高性能新兴电机。永磁无刷直流电机结构中不含换向器和电刷，这样一来永磁电机一方面继承了直流电机优秀的调速性能又避免了机械换向 器和电刷带来的负面影响。相较于此前介绍的几种电机，永磁电机有更高的功率 和转矩，极限转速高、制动性能好。散热性能更好。加之永磁电机也具有优异的 四象限运行能力，使得永磁电机作为较晚出现的电动车用电机却后来者居上，近 些年来表现出越来越迅猛的发展势头。然而，在应用反面永磁电机有几个不可回 避的缺点。其一，永磁材料受温度影响大，在大电流负载时，温度的上升会导致 永磁材料性能下降。其二、受限于转子磁轭与定子之间安装的机械强度，永磁电 机难以承受高速运行状态。其三、稀土永磁体的价格昂贵，导致永磁电机的制造 成本上升。其四、大型稀土永磁体会吸引周围飞散的金属碎屑，对电极稳定运行 不利。其五、受限于自身的结构及材料特点，永磁电机难以获得高于基速两倍及 以上的转速。这些问题在实际应用中限制了永磁电机的适用范围。 （4）开关磁阻电机 开关磁阻电机（SRM）是一种双凸极变磁阻电机，转子不含永磁体而是由硅 钢片叠压而成。从结构上来看对比与其他电机，开关磁阻电机相对较为稳定，并 且在转速、转矩方面的调速范围更广，并且在可靠性已经稳定方面，开关磁阻电
开关磁阻电机及其调速系统
第二章开关磁阻电机及其调速系统 2.1 开关磁阻电机的发展概况 磁阻式电机诞生于160年前，一直被认为是一种性能不高的电机。然而通过近20年的研究与改进，使磁阻式电机的性能不断提高，目前已能在较大功率范围内不低于其它型式的电机[9]。 70年代初，美国福特电动机（Ford Motor）公司研制出最早的开关磁阻电机调速系统。其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。 70年代中期，英国里兹（Leeds）大学和诺丁汉（Nottingham）大学，共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电机调速系统。样机容量从10W至50KW，转速从750 r/min至10000 r/min，其系统效率和电机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。该产品的出现，在电气传动界引起了不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛使用的一些变速传动系统。 近年来，国内外已有众多高校、研究所和企业投入了开关磁阻电机调速系统的研究、开发和制造工作。至今已推出了不同性能、不同用途的几十个系列的产品，应用于纺织、冶金、机械、汽车等行业中。 目前，在汽车行业意大利FIAT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都采用了开关磁阻电机。SRM是没有任何形式的转子线圈和永久磁铁的无刷电动机，它的定子磁极和转子磁极都是凸的。由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流，其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点，这是其它调速系统难以比拟的，作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。然而目前SRM还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点，所以，它的广泛应用还受到限制。 2.2 开关磁阻电机的基本结构与特点 开关磁阻电机为定、转子双凸极可变磁阻电机。其定、转子铁心均由硅钢片
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计 开题报告电气工程及自动化开关磁阻电机数字控制系统设计一、前言开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。开关磁阻电机具有很大的发展潜力。 二、主题（一）、开关磁阻电机的发展概述“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar 1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。 1984年开始，我国许多单位先后开展了SR 电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。近
年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了 3KW、6KW 及 7.5KW 三套原理样机，电机采用的是风冷形式。但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。 （二）、开关磁阻电机的优缺点开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。 其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。 （1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。 （2）易于实现各种再生制动能力。 （3）定子线圈嵌装容易，热耗大部分在定子，易于冷却，效率高，损耗小，允许有较大的温升。 （4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于危险环境，控制灵活。 （5）调速范围宽，控制灵活并且输出效率很高。 （6）电机的绕组电流方向为单方向，控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性，转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
开关磁阻电机的原理及其控制系统
开关磁阻电机的原理及其控制系统 开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。具有结构简单、运行可靠、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。 一、开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。 开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片的结构如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子结构图 图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1. S2是电子开关，VD1, VD2是二极管，是直流电源。 电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因 为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，
当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。 当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时，开关S1, S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线O1向定子A相磁极轴线OA趋近。当OA和O1轴线重合时，转子己达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失。此时打开A相开关S1, S2，合上B相开关，即在A相断电的同时B相通电，建立以B相定子磁极为轴线的磁场，电动机内磁场沿顺时针方向转过300，转子在磁场磁拉力的作用下继续沿着逆时针方向转过15,。依此类推，定子绕组A-B-C三相轮流通电一次，转子逆时针转动了一个转子极距Tr(T.=2π/N,)，对于三相12/8极开关磁阻电机，45，定子磁极产生的磁场轴线则顺时针移动了3×30'=90'空间角。可T=3600/8=o 见，连续不断地按A-B-C-A的顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-A的方向不断移动，转子沿A-C-B-A的方向逆时针旋转。如果按 A-C-B-A的顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着A-C-B-A的方向转动，转子则沿着与之相反的A-B-C-A方向顺时针旋转。 二、开关磁阻电机的控制原理 传统的PID控制一方面参数的整定没有实现自动化，另一方面这种控制必须精确地确定对象模型。而开关磁阻电动机( SRM) 得不到精确的数学模型, 控制参数变化和非线性, 使得固定参数的PID 控制不能使开关磁阻电动机控制系统在各种工况下保持设计时的性能指标。
开关磁阻电动机的性能及典型应用
开关磁阻电动机的性能及典型应用 开关磁阻电动机/龙门刨床/洗衣机/电动车 1引言 开关磁阻电动机驱动系统(SRD)由开关磁阻电机（SRM或SR电机）、功率变换器、控制器和检测器四个部分组成，是20世纪80年代初随着电力电子、计算机和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。开关磁阻电动机为双凸极磁阻电机，利用磁阻最小原理产生磁阻转矩，因其结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高而成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。开关磁阻电机已广泛或开始应用于电动车驱动、家用电器、通用工业、航空工业和伺服系统等各个领域，覆盖功率范围10W～5MW 的各种高低速驱动系统，呈现巨大的市场潜力[1]。 2结构与性能特点 2.1 电动机结构简单、成本低、适用于高速 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单，定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；转子仅有硅钢片叠成，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题，转子机械强度极高，可工作于极高转速，转速可达每分钟10万转[2]。 2.2 功率电路简单、可靠 电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，相绕组串在主电路两功率管之间，不会发生桥臂直通短路故障，绕组相间耦合弱，缺相故障运行能力强，系统的容错能力强，可靠性高，可以适用于宇航等特殊场合。 2.3 高起动转矩，低起动电流 很多公司的产品可达到如下性能：起动电流为15％额定电流时，获得起动转矩为100％的额定转矩；起动电流为额定值的30％时，起动转矩可达其额定值的150％。对比其它调速系统的起动特性，如直流电动机为100％的起动电流，获得100％转矩；鼠笼感应电动机为300％的起动电流，获得100％的转矩。可见开关磁阻电动机具有软启动性能，起动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小，因此特别适用于频繁起停及正反向转换运行的场合，如龙门刨床、铣床、冶金行业可逆轧机、飞锯、飞剪等。 2.4 调速范围宽，效率高 在额定转速和额定负载时运行效率高达92%以上,在所有的调速范围内，保持整体效率高达80%以上。 2.5 可控参数多，调速性能好 控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种:相开通角、相关断角、相电流幅值和相绕组电压。可控参数多，意味着控制灵活方便，可以根据对电动机的运行要求和电动机的情况，采用不同控制方法和参数值，使之运行于最佳状态，还可使之实现各种不同的功能和特定的特性曲线，如使电动机具有完全相同的四象限运行（正转、反转、电动和制动）能力，并具有高起动转矩和串激电动机的负载能力曲线。 2.6 可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求[3] 3典型应用 开关磁阻电动机优越的结构和性能使其应用领域非常广泛，下面对其三个典型应用进行分析。 3.1 龙门刨床 龙门刨床是机械加工行业的一种主要工作母机，刨床的工作方式是工作台带动工件做往复运动，当其正程运动时，固定于机架的刨刀刨削工件，反程运动时，刨刀抬起，工作台空行返回。该刨床主传动系统的
小功率高速开关磁阻电机驱动系统的设计与应用
小功率高速开关磁阻电机驱动系统的设计与应用 小功率高速开关磁阻电机驱动系统的设计与应用 1. 引言 1.1 主题介绍 在现代工业应用中，电机作为关键的能源转换装置，其驱动系统 的设计和应用一直是一个重要的研究领域。本文将深入探讨小功率高 速开关磁阻电机驱动系统的设计与应用，以介绍其原理、特点及在工 业领域中的重要性。 1.2 文章目的 本文的目的是通过深入剖析小功率高速开关磁阻电机驱动系统的 设计与应用，帮助读者深入理解其原理及其在不同领域中的广泛应用。 2. 小功率高速开关磁阻电机的概述 2.1 定义 小功率高速开关磁阻电机是一种采用电磁铁吸力控制转子运动的 电动机。它具有结构简单、高效能、高稳定性等特点，因此在很多应 用场景中取得了成功。 2.2 工作原理 小功率高速开关磁阻电机驱动系统的工作原理主要包括电磁铁的 磁性吸引力、开关磁阻控制、电流调节等。其关键是通过电流变化来
控制电磁铁的磁性吸引力，从而使转子运动。 2.3 特点和优势 小功率高速开关磁阻电机驱动系统具有领先的转矩密度、高响应 速度、宽速度范围、低惯性等特点。这些特点使其在精密仪器、自动 化设备等领域得到广泛应用。 3. 小功率高速开关磁阻电机驱动系统的设计与应用 3.1 系统设计 小功率高速开关磁阻电机驱动系统的设计主要包括电源设计、控 制器设计、传感器设计、保护设计等方面。其中，控制器设计是一个 核心环节，需要考虑实时性、稳定性、可靠性等因素。 3.2 电机参数选择 在小功率高速开关磁阻电机驱动系统的应用中，合理选择电机参 数至关重要。其中包括电机功率、电机转速、电机电流等参数的选取。这些参数将直接影响驱动系统的性能和使用效果。 3.3 驱动系统的应用 小功率高速开关磁阻电机驱动系统在工业领域中有着广泛的应用。它可以应用于机械加工设备、医疗设备、机器人等领域。它还可以用 于一些特殊环境，例如高温环境、高湿度环境等。 4. 小功率高速开关磁阻电机驱动系统的优势与挑战 4.1 优势 小功率高速开关磁阻电机驱动系统相对于传统的电机驱动系统具
开关磁阻电机的设计与应用
开关磁阻电机的设计与应用 引言 开关磁阻电机是一种新型的电机，具有结构简单、体积小、响应快、效率高等优点，在工业生产和家用电器等领域得到广泛应用。本文将介绍开关磁阻电机的设计原理、构造和工作方式，并探讨其在不同领域的应用。 1. 开关磁阻电机的设计原理 开关磁阻电机是通过控制磁场的方向和大小来实现转动，其设计原理基于磁阻效应和磁场的反转。当电流通过绕组时，会产生一个磁场，根据右手定则，当磁阻材料中的磁场方向与绕组的磁场方向相反时，就会出现瞬时的磁流偏移，导致磁场的反转。通过不断地反转磁场的方向，可以产生连续的转动力。 2. 开关磁阻电机的构造 开关磁阻电机主要由转子、定子和驱动电路组成。 2.1 转子 转子是开关磁阻电机的核心部件，由磁阻材料制成。磁阻材料通常采用铁短路片或磁铁片，具有高导磁性和低磁饱和性。转子上绕有线圈，通过控制线圈通电情况，可以控制转子的磁场方向和大小。 2.2 定子 定子是开关磁阻电机中固定的部件，用于产生或感应磁场。定子一般由永磁体或电磁体构成，永磁体具有固定的磁场，电磁体则通过外部电源提供磁场。定子的磁场与转子的磁场交互作用，产生转动力。 2.3 驱动电路 驱动电路是控制开关磁阻电机正常工作的关键部分，它负责提供正确的电流和电压信号，并控制磁场的反转。驱动电路一般由电能转换器、控制芯片和传感器组成。 3. 开关磁阻电机的工作方式 开关磁阻电机主要有两种工作方式：单相工作和多相工作。
3.1 单相工作 单相工作是指开关磁阻电机通过单个绕组进行驱动，具有结构简单、成本低的优点。但由于只有一个驱动绕组，单相工作的开关磁阻电机转速较低，扭矩较小，适用于一些低负载和速度要求不高的应用。 3.2 多相工作 多相工作是指开关磁阻电机通过多个绕组进行驱动，具有转速高、扭矩大的优点。多相工作的开关磁阻电机可以灵活控制磁场的变化，达到更高的效率和更精确的转动性能。但多相工作的开关磁阻电机相对于单相工作来说，结构复杂，成本较高。 4. 开关磁阻电机的应用领域 开关磁阻电机在工业生产和家用电器领域有广泛的应用。 4.1 工业生产 在工业生产中，开关磁阻电机可用于控制机械臂、输送带、自动门等装置的转动。其结构简单、响应快的特点使其在自动化生产线上具有重要作用。 4.2 家用电器 开关磁阻电机广泛应用于家用电器，如洗衣机、电风扇、空调等。开关磁阻电机具有体积小、噪音低、启动快的特点，适合家庭环境使用。 4.3 交通工具 开关磁阻电机还可应用于交通工具，如电动自行车、电动汽车等。开关磁阻电机可以根据不同的驱动需求进行优化设计，以实现高效能、节能的动力输出。 结论 开关磁阻电机凭借其结构简单、体积小、响应快、效率高等特点，具有广泛的应用前景。在不断的技术创新下，开关磁阻电机将进一步改进和发展，为工业生产和生活带来更多便利和效益。
电动车用开关磁阻电机设计与优化方法
电动车用开关磁阻电机设计与优化方法 摘要：随着人们生活水平日益提高，人均汽车占有量大幅度提升，传统汽车 产生的尾气对环境造成了严重威胁，因此发展绿色交通工具成为当今社会的一个 热点话题。电动汽车具有噪音低、无污染和能源利用率高等特点，是比较理想的 交通工具。近年来电力电子技术不断发展，微电子、电机学、现代计算机技术和 控制理论也开始完善，这都促使开关磁阻电机系统得到了飞速的发展。目前已成 功应用于电动车用驱动系统、家用电器、高速驱动、泵及风机等众多领域中，创 造了巨大的经济效益，是直流电机调速系统、交流电机调速系统、无刷直流电机 调速系统强有力的竞争者。 关键词：开关磁阻电机；设计；优化 目前国家正大力发展新能源技术，电动车因势而起，得到了快速的发展，电 动车作为一种新兴的代步用车，不仅绿色环保而且在未来有极大的发展潜力。目 前电动车驱动电机主要有永磁电机、异步电机、直流电机等。作为一种新型电机，开关磁阻电机SRM由于其结构简单、制造成本低、调速范围宽、控制灵活且效率 高等优点，与传统的电动车驱动电机相比有较大的竞争力，而且能满足电动车起 动转矩大、起动电流小的需求，所以在电动车驱动领域中有较大的发展潜力。 一、开关磁阻电机基本原理 开关磁阻电机依靠定、转子之间磁阻变化运行，当给定子其中一相绕组通电时，若定子极轴线和转子极轴线不重合，就会有磁阻力作用在转子上，使转子运动，直到两者轴线重合，磁阻力消失，在惯性作用下继续旋转一定角度，然后换 相邻绕组通电，使转子继续转动[1]。如图。
图中定子极上为定子线圈，标有箭头的绕组表示该相绕组通电，虚线表示磁 力线，转子起动前的转角为0°。在初始位置，A 相绕组通电，在磁力的作用下，距 A 相最近的转子极受力开始逆时针转动，使磁阻变小，转子旋转到5°，又 旋转了10°，直到15°为止，转子不再转动，此时磁路最短。为了使转子继续 转动，必须在转子不受力时切断 A 相电源，同时接通 B 相，于是 B 相产生磁通，磁力线沿磁路最小的磁极通过转子，在磁力的作用下继续转动，直到转到 30°之前，关断 B 相绕组电源并开通 C 相绕组，使转子继续转动，在转到45°之前接通 A 相绕组电源，以此类推，电机就会运行下去。三相绕组轮流通电一次，转子逆时针转动π/4（即一个极距角），定子磁场顺时针转动π/2。只要 各相按照一定的顺序导通，电机就能正常工作，与磁力线方向无关，即与电流方 向无关，通电顺序与旋转方向相反。 二、SRM的定转子齿极结构优化 1、定子结构优化设计。利用上节优化电机尺寸参数后的 SRM 进行定转子 结构优化设计。在 SRM 线性模型中，电机转矩的表达式为： 由式SRM 的转矩是电机转子旋转过程中气隙磁导发生变化而产生的。转矩的 大小主要取决于相电感相对于转子位置角的变化率，相电感相对转子位置角的变 化率越大则电机转矩值将越大。此变化率可通过改变定子磁极和转子磁极之间的 气隙形状来控制。本设计提出了一种具有非圆形的定子磁极极面，这种定子磁极 表面将会使电机转子在转动过程与定子磁极之间产生非均匀的气隙，以此来改变 相电感对转子位置角的变化率。
开关磁阻电机系统设计
开关磁阻电机系统设计 1.1 关磁阻电机的优点与缺点 (2) 1.1.1 开关磁阻电机的优点： ............................ 2 1.1.2 开关磁阻电机的缺点.............................. 2 1.2 开关磁阻电动机应用和发展.............................. 2 第2章开关磁阻电动机工作原理与结构 . (4) 2.1 开关磁阻电动机的工作原理 (5) 2.1.1 基本结构........................................ 5 2.1.2 SRD的工作原理 ................................. 5 2.1.3 SRD的特点 ..................................... 5 2.2 开关磁阻电动机的结构 .................................. 5 第3 章开关磁阻电动机电磁设计 .. (9) 3.1设计特点 .............................................. 9 3.2 确定SR电动机额定数据................................ 9 3.3 计算SR电动机的主要尺寸 ............................... 9 3.4 计算机辅助设计程序 . (13) 第4章SRD系统控制原理设计 .............................. - 19 - 4.1 控制系统的总体设计 ................................... 14 4.2 控制器的设计 .. (14) 4.2.1译码电路：..................................... 16 4.2.2晶振及复位电路 ................................. 16 4.2.3斩波电流水平给定电路 ........................... 17 4.2.4斩波控制电路................................... 17 4.2.5转速给定电路 ................................... 17 4.2.6键盘给定与显示电路 ............................. 18 4.3 电流检测器的设计 .................................... 18 4.4 位置检测器的设计 .................................... 19 4.5 功率变换器的设计 ..................................... 20 4.5.1 功率变换器的主电路形式 ......................... 20 4.5.2 开关元件的选择 (21) 第5章开关磁阻电动机调速系统 (22)
开关磁阻电机控制策略
开关磁阻电机控制策略研究 摘要：开关磁阻电机驱动系统（SRD）是近20年得到迅速发展的一种交流调速系统。其结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点而具有相当的竞争力。本文首先介绍了开关磁阻电机控制策略的研究现状和趋势，推导了开关磁阻电机的数学模型，然后详细介绍了两步换相控制、基于转矩分配函数的转矩控制、智能控制、直接瞬时转矩控制等控制策略。又基于Matlab/Simulink仿真验证了开通角、关断角对电机电流转矩的影响，最后得出以转矩为控制对象的新型控制策略仍将进一步发展。 关键词：开关磁阻电机；转矩分配函数;直接瞬时转矩控制； Control Method of Switch Reluctant Motor ‘ Abstract：Switched reluctance motor drive system (SRD) is a kind of ac speed regulating system with nearly 20 years rapid development 。Its simple structure，reliable operation, high efficiency and low cost advantages are quite competitive.This dissertation first introduces the research status and the control strategy of the switched reluctance motor trend, the mathematical model of the switch magneto is deduced，and then introduced the two—step commutation control，based on the torque distribution function of torque control, intelligent control，direct instantaneous torque control and so on.And based on the Matlab/Simulink ，the influence of the opening Angle, shut off the Angle to the motor torque were verified，finally concluded that the new control strategy will continue to develop further with the torque as the object. Key words: switched reluctant motor; torque share function ；direct instantaneous torque control(DITC)
电气毕业设计-开关磁阻电机驱动控制系统设计
目录 1 绪论 (1) 1.1 课题的选题意义 (1) 1.2 国内外发展状况及其前景 (1) 1.3 SR驱动控制系统的特点和优点 (2) 1.4 SR电机驱动控制系统的研究和发展方向 (4) 1.5 本设计所进行的工作 (5) 2 SR电机控制系统的原理及控制策略 (6) 2.1 SR电机控制系统的结构和原理 (6) 2.1.1 SR电机驱动控制系统结构 (6) 2.1.2 SR电机的工作原理 (7) 2.2 SR电机的基本方程及控制方式 (9) 2.2.1 SR电机的基本方程 (9) 2.2.2 SR电机的控制方式 (11) 2.2.3 系统控制策略的确定 (17) 3 SRD数学模型与SIMULINK仿真模型的建立 (19) 3.1 SR电机的线性模型分析 (20) 3.1.1 SR电机的绕组电感分析 (20) 3.1.2 SR电机的绕组磁链分析 (22) 3.1.3 SR电机的绕组电流分析 (23)
3.1.4 SR电机的电磁转矩分析 (28) 3.1.5 SR电机的准线性分析 (29) 3.2 SR电机控制系统SIMULINK仿真模型 (32) 3.2.1 SR电机本体模型 (33) 3.2.2 速度控制模型 (34) 3.2.3 电流控制模型 (35) 3.2.4 电压逆变模型 (37) 3.2.5 转角选择模型 (37) 3.2.6 参数计算模型 (38) 3.2.7 转矩计算模型 (41) 4 SR电机控制系统MATLAB/SIMULINK仿真分析 (42) 4.1 CCC方案下SRD系统的仿真分析 (42) 4.1.1 转速300r/min、负载15N.m的系统启动仿真 (42) 4.1.1 转速500r/min、负载10N.m的系统启动仿真 (44) 5 总结 (47) 致谢 (48) 参考文献 (49) 附录A 译文 (50) 附录B 原文 (58)
三相12／8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真
三相12／8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真 开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）的特殊非线性结构使其设计和分析十分困难，因此准确的建模和仿真对开关磁阻电机的研究很有必要。文章利用MATLAB/Simulink仿真软件，采用模块化的思想对一台三相12/8极开关磁阻电机驱动系统（简称SRD）进行了整体建模。仿真得到的波形验证了搭建的仿真模型的正确性，该模型为进行开关磁阻电机的优化控制研究创造了条件。 标签：开关磁阻电机驱动系统；MATLAB建模仿真；优化控制 1 概述 开关磁阻电机（SRM）定子和转子都是凸极形状，且都是由高磁导率的硅钢片堆叠而成，只在定子磁极上安装有集中绕组，转子上既没有绕组也没有永磁体[1]。与其他电机相比，其结构简单牢固、成本低、调速范围宽、控制灵活等优势十分突出，因此在需要调速和高效率的场合得到了广泛应用[2]。但是双凸极的结构也带来了磁路饱和、涡流、磁滞效应等一系列的非线性特性，严重影响了开关磁阻电机的运行性能，并且使开关磁阻电机的具体分析研究十分困难。为了准确研究开关磁阻电机的特性，必须对开关磁阻电机进行建模仿真。文章基于MATLAB/Simulink仿真系统对三相12/8极开关磁阻电机的驱动系统进行了整体建模仿真研究，將组成系统的开关磁阻电机（SRM）、功率变换器、控制器和位置检测器四部分模块化，对整个系统采用转速、电流双闭环控制方法。仿真结果验证了搭建模型的正确性。文章的模型具有参数修改方便，通用性强，适用于开关磁阻电机各种运行模式的特点，为开关磁阻电机及其驱动系统的优化控制研究创造了条件。 2 基于Matlab的SRD仿真模型的建立 文章在Matlab/Simulink环境中，利用软件自带的丰富模块库，在分析了开关磁阻电机非线性模型的基础上，搭建出了SRD仿真模型。 系统采用转速、电流双闭环的控制方法，其中转速外环采用PI调节控制，电流环内环采用低速时的电流斩波和高速时的角度位置控制方式。整个SRD包括电机本体模块、功率变换器模块、控制器模块和位置检测器模块四部分，通过各个模块的协调配合，实现开关磁阻电机的稳定运行。 3 仿真结果 基于建立的开关磁阻电机驱动系统模型进行仿真，设定直流母线电压为513V，最大电感为140mH，最小电感为20mH，每相绕组电阻为1.1Ω，转动惯量为0.02kg·m2，摩擦系数为0.001N.ms，将定子凸极和转子凸极对齐的位置定义为0°。可以得到不同条件下电机运转时的电流、电压、转矩、转速的仿真波