電動車用四相開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制及其仿真

馮圭堯　李斌　張培玉

摘 要：開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術是繼矢量控制技術之后，一種新型且性能比較高的開關磁阻電機傳動控制技術。文章在電動汽車運行特點的前提下，對電動汽車用開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術進行研究，并且在Matlab Sinmulink環(huán)境中進行仿真，通過對仿真結(jié)果對比分析驗證了直接轉(zhuǎn)矩控制策略的優(yōu)越性。

關鍵詞：開關磁阻電機；直接轉(zhuǎn)矩控制；Matlab Sinmulink仿真

隨著人們生活水平日益提高，人均汽車占有量大幅度提升，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)生的尾氣對環(huán)境造成了嚴重威脅，因此發(fā)展綠色交通工具成為當今社會的一個熱點話題。開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor，簡稱SRM）具有結(jié)構(gòu)簡單、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，非常適合用于電動車驅(qū)動系統(tǒng)。SRM具有獨特的雙凸極結(jié)構(gòu)，因此存在轉(zhuǎn)矩脈動大和噪聲問題。因此如何從控制角度抑制電機運行時的轉(zhuǎn)矩脈動成為關鍵問題。

1 直接轉(zhuǎn)矩控制原理

直接轉(zhuǎn)矩控制的控制對象是功率變換器中的開關管，在保證定子磁鏈幅值不變的前提下，通過調(diào)整開關管的開通關斷來改變定轉(zhuǎn)子磁鏈的相角，從而控制轉(zhuǎn)矩的增減。

開關磁阻電機空間電壓矢量選擇：根據(jù)功率變換器中開關管通斷狀態(tài)的不同，定義“1”、“0”、“-1”三種狀態(tài)。“1”狀態(tài)表示上下橋臂開關管均導通；“0”狀態(tài)表示上橋臂關斷，下橋臂開關管導通；“-1”狀態(tài)表示上下橋臂開關管均關斷。之后在定子坐標系下，定義出四相開關磁阻電機定子電壓的8個空間矢量，根據(jù)這8個電壓矢量的角平分線劃分，我們能夠得到8個區(qū)間，如圖1。

由圖1可知，當在區(qū)間 N=k 內(nèi)（k=1、2、…、8）時，選擇超前于當前磁鏈矢量的電壓矢量U（k+1）、U（k+3）可以增大轉(zhuǎn)矩；反之選擇U（k-1）、U（k-3）可以減小轉(zhuǎn)矩。選擇與當前磁鏈矢量夾角小于90°的電壓矢量U（k+1）、U（k-1）可以使磁鏈增加；反之U（k+3）、U（k-3）使磁鏈減小。

2 Matlab_Simulink仿真

為了驗證四相開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性，分別對四相開關磁阻電機的電流斬波控制方式以及直接轉(zhuǎn)矩控制方式進行了仿真分析，圖2所示為開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制仿真圖。我們對模型中的主要參數(shù)進行如下設置：電機參數(shù)為：電壓72V，額定功率7.5KW，四相8/4極結(jié)構(gòu)，磁鏈？鬃=0.486Wb。

3 仿真結(jié)果分析

通過圖3和圖4中轉(zhuǎn)矩波形可以看出，對于電流斬波控制方式，轉(zhuǎn)矩在30N與10N上下變化，脈動幅值將近20N。而對于直接轉(zhuǎn)矩控制方式，轉(zhuǎn)矩在20N與10N上下變化，脈動幅值將近10N，相比之下，直接轉(zhuǎn)矩控制脈動幅值較小，因此機械噪聲也較小。

4 結(jié)束語

文章從開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制原理出發(fā)，在Simulink仿真系統(tǒng)中對開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和電流斬波控制系統(tǒng)分別進行仿真，通過對仿真波形的對比分析，得到了令人比較滿意的結(jié)果。該實驗也進一步說明開關磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制策略是可以應用到電動車上的。

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作者簡介：馮圭堯（1988-），男，漢族，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事電機與電器的智能控制方面的研究。