基于MATLAB的開關磁阻電機系統的建模

王愛花，謝海良

（漯河職業技術學院，河南漯河 462000）

MATLAB 是一款主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高端科學計算軟件，作為MATLAB 最重要組件之一的Simulink，集成了動態系統建模、仿真和綜合分析的功能，利用其電氣系統模塊庫（Power System Blockset）可以準確快速的對開關磁阻電機系統（SRD）進行建模仿真。

1 SRD組成

SRD 主要由5 大部分組成，分別是開關磁阻電機本體（SRM）、電流檢測器、轉子位置檢測器、功率變換器、控制器5大部分組成，系統框圖如圖1所示。

圖1 開關磁阻電動機系統框圖

SRM 是SRD 的執行部件和動力輸出機構，它負責完成控制者下達的控制指令，最終將系統的電能轉換為機械能輸出，是SRD 中機電能量轉換的部件，也是整個系統的核心部件之一。

SRM 運轉時所需要的能量來自于功率變換器，它把蓄電池的直流電能以合適的方式轉換后提供給SRM。因為SRM 繞組的電流是單向的，所以其功率變換器不僅結構簡單，而且相繞組與主開關器件采用的是簡單的串聯連接方式，避免了直接短路故障現象。功率變換器主電路的結構形式由供電電壓、電動機相數以及主開關器件的種類所決定，它是SRD 能量傳輸的通道，直接用來驅動SRM，因此功率變換器是影響SRD 性價比的主要因素之一。

SRM 的運行狀態取決于控制器?？刂破魍ㄟ^綜合處理速度、位置和電流等信號并通過功率變換器實現對SRM 運行狀態的控制，所以控制器的優劣將會直接影響到SRM 的運行性能。

位置檢測器用來檢測轉子位置以及提供速度信號。電流檢測器用來檢測系統的電流信號并提供電流信息來完成電流斬波控制或采取相應的保護措施以防止出現過電流現象。

2 SRM本體模型

如圖2所示為在Simulink 中創建的SRM 本體模塊，它包含轉矩計算和相電流生成2個子模塊，是SRD 仿真模型的核心。模型可以準確求取SRM 位置信號、轉速和三相相電流，通過f lux linkage、Angle、TTBL 和電流表，模型可以準確描述SRM 的本質屬性。因此，MATLAB 可把開關磁阻電機的特性做的非常接近實際電機的特性。

圖2 SRM本體模塊

3 SRD系統仿真模型

在Simulink 中構建出SRD 系統的仿真模型，如圖3所示。電路由參考電流信號10觸發功率變換器，其內部的電子開關器件依次導通并輸出電流給SRM，定子繞組產生的磁場力驅動轉子向同一方向持續轉動。電機輸出的轉速經過位置傳感器處理后變成邏輯信號和給定電流信號相乘，然后再與反饋回來的電流值做差，信號再經過一個電流滯環環節產生鋸齒狀的波浪信號，再傳遞給功率變換器，周而復始地控制電機的轉動。電機轉速趨向勻速，電流、力矩和磁通都有所減小，直到電機達到指定轉速后，電流滯環也不再起作用，切換控制。

圖3 SRD的仿真模型

4 結束語

通過一種將控制系統模塊化、功能化的新的建模方法，在MATLAB 仿真軟件的Simulink 模塊下建立了SRM 的數學模型，并應用該方法建立了三相6/4 極SRM 本體模塊和SRD系統模型，為SRD 系統分析、設計提供了新的途徑和工具。