四相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制
葉敏1，曹秉剛2
(1長安大學(xué)，陜西西安710064；2西安交通大學(xué)，陜西西安710049)
摘要：為降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提出四相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理、步驟和實(shí)現(xiàn)方法。借鑒感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制思想，基于能量等效原則推導(dǎo)出四階磁鏈正交變化矩陣，指出采用坐標(biāo)分解法所得的磁鏈幅值是正交變換法所得幅值的1.4倍。針對(duì)正八邊形的電壓空間矢量，分析了磁鏈與電壓矢量問的影響關(guān)系，設(shè)計(jì)了開關(guān)矢量表。仿真和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)態(tài)誤差可控制在5％范圍內(nèi)，部分解決了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問題。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；正交變換；開關(guān)電壓矢量
中圖分類號(hào)：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2010)05—0045—04
0引 言
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(以下簡稱SRM)自身結(jié)構(gòu)緊湊牢固、驅(qū)動(dòng)電路簡單、成本低、性能可靠，而且可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限控制的特點(diǎn)使其很適合電動(dòng)車輛的各種工況運(yùn)行，是電動(dòng)車輛中****有潛力的機(jī)種。但SRM的****缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲大，如何降低SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，進(jìn)而解決噪聲是SRM應(yīng)用于電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。直接轉(zhuǎn)矩控制作為降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的有效手段，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中已得到廣泛應(yīng)用。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁為規(guī)則的三相正弦交流電，而SRM由于自身的雙凸極結(jié)構(gòu)及直流電壓勵(lì)磁，因而不可照搬感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論。
1四相SRM直接轉(zhuǎn)矩控制
1985年德國魯爾大學(xué)的德彭布羅克(Depenbro—ck)教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制的理論。直接轉(zhuǎn)矩控制用空間矢量分析方法,直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)(B B控制)產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行****控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。
1.1四相SRM電壓矢量
根據(jù)SRM電壓平衡方程，SRM每相電壓與瞬時(shí)磁鏈?zhǔn)噶糠匠虨椋?/DIV>
式中：Ψ為繞組磁鏈；u為繞組端電壓；R為繞組電阻；i為繞組電流。忽略電機(jī)繞組電阻R，將式(1)寫成差分形式：
從式(2)可以看出，瞬時(shí)磁鏈的變化方向與所加定子瞬時(shí)電壓矢量的方向一致。四相SRM瞬時(shí)電壓矢量的定義如圖1所示，箭頭所指為正方向。
在傳統(tǒng)的不對(duì)稱半橋的單極性功率變換器中[5]，對(duì)于單一方向的繞組電流，根據(jù)不同的開關(guān)狀態(tài)，每相繞組有三種可能的電壓狀態(tài)，如圖2所示。相應(yīng)開關(guān)函數(shù)si(i=1，2，3，4)的定義如表1所示。
由表1可知，四相sRM功率變換器的開關(guān)模式共有3×3×3×3=81種組合。為簡化方便，選用其中8個(gè)幅值相等、空間互差45。的開關(guān)電壓矢量，如圖3所示。電壓矢量沒有使用零矢量，零矢量主要用于故障保護(hù)和停a機(jī)操作。
1.2磁鏈合成
與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)分布繞組建立的磁鏈分布不同，南集中繞組供電的sRM定子繞組磁鏈集中分布在定子磁極上，與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，為簡化方便，可以假足各相定于繞組的磁鏈固定在各相定子繞組所在磁極的中心線上，為此建立靜
止的α一β坐標(biāo)系[6-7]，如圖4所示。
兩相和四相電機(jī)等效的條件是氣隙中產(chǎn)生的磁通相等，即：
N2和N4分別為兩相和四相電機(jī)繞組的有效匝數(shù)，設(shè)N4=N2.
由式（3）可得：
