开关磁阻电机电流模型？

开关磁阻电机调速系饥启统建模与仿真分析李书杰等收稿日期:20091120基金项目:十一五国家科技支撑计划项目2008BAF34B00开关磁阻电烂粗如机调速系统建模与仿真分析李书杰卜庆华董健周彦涛太原理工大学电气与动力工程学院太原030024摘要:分析了开关磁阻电机的数学模型在Matlab/Simulink环境下建立了相绕组数学模型、电流置换比较环节、功率变凳世换电路模型结合这几个模块在电流斩波控制阶段做了低速重载仿真分析。仿真分析证明此方法的适用性为SR电机调速系统的分析和设计提供了一种方法。关键词:开关磁阻电机电流斩波仿真分析中图分类号:TM352TP3919文献标志码:A文章编号:10016848201010001903TheModelingandSimulationofSwitchedReluctanceDriveBasedonMatlab/SimulinkLIShujieBUQinghuaDONGJianZHOUYantaoCollegeofElectricalandPauerEngineeringTaiyuanUniversityofTechnologyTaiyuan030024ChinaAbstract:Themathematicalmodelofswitchedreluctancedrivewasanalyzed.MadethecoilsmodelrelayandpowerconverterinMatlab/Simulinkenvironmen.tBytheseblocksmadethenonlinearmodleofSRmotormadethelowspeedheavyloadsimulationunderchoppedcurrentcontro.lTheresultsdemonstratedtheeffectivenessofthenonlinearsimulationmode.lThemodelofferawayforSRmotrcontrolsystemanalysisandthedesign.KeyWords:SRmotorCCCSimulation0引言开关磁阻电机SR电机或SRM结构简单、启动电流小、启动转矩大、成本低与其他电机相比有明显优势1。但SR电机定、转子均为双凸极结构2-3在转动中存在着显著的边端效应、局部饱和现象导致SR电机磁路的高度非线性。由此而产生的低速转矩脉动、振动、噪音等问题就不难理解了。为了解决上述问题许多论文试图从电子控制部分或改变SR电机结构着手。如:一相导通变两相导通、增加电机的极对数等这些方法虽然部分地解决了上述问题但无疑损害了电机某一方面的性能。因此应从控制部分和电机本体两方面着手解决。本文在Matlab/Simulink环境下建立了开关磁阻电机调速系统SRD的数学模型为分析和设计SR电机调速系统提供了一种方法。1SR电机数学模型从SR电机数学模型的提出到现在SR电机模型的建立可以分为:线性模型、准线性模型、非线性模型由于SR电机的磁场磁路是非线性的线性模型、准线性模型不能准确描述SR电机静、动态特性。为了更好的分析SR电机特性本文采用非线性建模方法建立SR电机数学模型。忽略SR电机各相绕组互感则各相可以独立建模分析。对于第k相绕组电压方程为2UKRKikdk/dt1式中UK为k相绕组电压Rk为第k相绕组电阻ik为第k相绕组流过的电流k为第k相绕组的磁链。而k为第k相绕组电流ik和转子位置角的函数即:kik2则UkRkikkik�6�6dikdtk�6�6ddt3转子的机械运动方程为:TeJdwdtDwTL4wd/dt5式中Te为电磁转矩TL为负载转矩J为转动惯量D为电机系统粘性摩擦系数w为电机角速度。19微电机2010年第43卷第10期而w2n606其中n为电机的转速。从一相考察SR电机的电磁转矩根据磁链分析的虚位移原理电机在任一运行点的转矩可表示为:Tk�6�6�6�9ikconst�6�6�6�9-�6�6�6�9ikconst7�6�6�6�9为第k相绕组磁共能且�6�6�6�9ik0kdi8式5代入式3得dikdtUk-Rkik-k�6�6k/ik92基于Matlab/Simulink建模SR电机调速系统由SR电机、功率变换电路、电流位置检测、控制器几部分组成此部分建立了SR电机模块、电流斩波模块、功率变换模块。21SR电机绕组模型的建立由式5、式7、式9在Matlab/Simulink环境下可搭建SR电机仿真模型如图1所示一相绕组搭建模型时用到了Matlab/Simulink中Look-uptable2-D二维查找模块此模块根据输入与行和列参数进行比较产生其输出。图中La、La-分别接功率变换电路中一相的上下两个开关管其中2号输入thtea接A相绕组位置信号Rs为电机的相绕组电阻。图1一相绕组模型运用此种绕组建模方法可以建立其他相绕组的模型进而建立SR电机模型。此方法亦适用于任何相数的SR电机模型的建立。22电流斩波控制模块此模块的搭建思想是在电流斩波控制阶段通过设置电流斩波上、下限控制此阶段绕组电流的大小如图2所示。在搭建过程中用到滞环比较器Relay。其原理为4-6:此模块每相有两个输入信号实际绕组输入电流i1和参考电流i如实际输入电流i1从零开始上升当超过参考电流i且偏差小于滞环比较器的上限iH时电流继续增大如超出上限iH时开关管关断当绕组电流i1降到与i的偏差大于置换比较器的下限iL时主开关管导通绕组电流i1继续增大。如此反复上述过程直到SR电机的转速达到设定转速时切换控制。图2电流滞环控制模型23功率变换模块本文功率模块电路选用不对称半桥型功率电路主功率开关管选用IGBT。一相绕组的两个主开关管的导通与关断选用同一信号这样能够保证一相桥壁上的两个主开关管同时导通、同时关断。在电流斩波控制阶段CCC主开关管的导通角为0关断角为22变角度控制阶段APC关断角22。3仿真结果及分析应用上述模块及其他几个模块建立了开关磁阻电机调速系统仿真模型并在低速阶段做了重载仿真低速阶段也即CCC控制阶段此阶段的非线性仿真系统采用双闭环控制方案:电流环由电流滞环调节器构成转速环由PI调节器构成主开关管的导通角为0关断角为22。SR电机的额定参数及仿真参数如表1所示。表1SR电机的额定参数及仿真参数参数数值额定转速N/rmin-11500额定负载T/Nm955仿真实验条件n/rmin-1500电流斩波iL/A85iH95负载转矩T/Nm13由图3a启动电流波形可知电流的平均值约为9A在9A上下形成一个大小为1A的带宽由此可以论证电流滞环比较器发挥了作用在启动阶段能够控制相绕组电流的大小避免电流过大对电机绕组产生电流冲击。而图3b为启动转矩波形则显现出SR电机的启动转矩大约为15Nm比负载转矩大可以实现低速重20开关磁阻电机调速系统建模与仿真分析李书杰等载启动。图3低速重载启动波形由图4a稳态电流波形可以得出当达到给定转速500r/min时绕组电流的下限大约为6A已经低于置环比较环节设置的下限85A。可知此时绕组电流已不再是置环比较环节调节而改为PI调节图4b为稳态转矩波形此时SR电机输出转矩平均值与给定负载转矩大体持平转矩波动小。图4低速重载稳态波形4结论通过本文所提出的SRD仿真模型及分析通过设置滞环比较环宽适用于SR电机启动阶段也即CCC控制阶段稳态时输出转矩波动不大满足低速重载启动基本解决了低速转矩波动。因此本文所提出的SRD仿真方法为进一步开展SRD整体性能研究提供了一种参考方法。参考文献1陈昊.开关磁阻调速电动机的原理及设计M.徐州:中国矿业大学出版社2000.2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1998.3詹琼华.开关磁阻电动机M.武汉:华中理工大学出版社1992.4严利.基于matlab/simulink开关磁阻电机非线性建模方法研究与实践D.南京:南京航空航天大学2005.5嵇丽丽陈昊.基于matlab/simulink的开关磁阻电动机驱动系统非线性建模仿真J.东南大学学报:自然科学版2004S1:149-154.6顾明磊王双红孙建波等.开关磁阻电机发电控制系统仿真研究J.微电机2009421:82-85.作者简介:李书杰1981-男硕士研究生研究方向为电机与电器及其控制。卜庆华1949-男教授博导从事电力电子技术、特种电机及其控制方面的研究。21

摘要

在这项研究中，一个CAD程序可以用在几个参数的确定

包括一般的几何结构（约克定子，转子，定子，转子高度），数线圈，导线直径和平均扭矩已经研制成功。该计划包括M文件的一项数字文件在Matlab环境下开发的运作。根据计划实现后，迭代运作，

上述参数和重叠和非通量曲线重叠的转子，定子的旅裤机器杆位生成和几何结构的记录。经过这样实现的测试，最合适的几何结构，可优先考虑由此而产生的平均扭矩。开关磁阻电机的设计，是很容易便能通过使用固体火箭发动机设计程序获得的数据。

一，引言

在人类生活的重要性电机每天都在增加，由于执政electronics.Due发展，以发展半导电技术，电机有相当大的使用面积。

一般来说电机可分为两个时扭矩一代形式为基础，汪闭采取了电磁和可变磁阻类别。在第一类，运动产生的两个是由定子，转子线圈通过磁场磁相互作用形成的。

机器的使用永久磁铁代替异步，直接通量和线圈，可以作为传统的机械工作按照thisprinciple命名。在第二类运动生成可变磁阻这在转子和定子之间气隙创建。当定子线圈通电一个磁场产生。

磁阻转矩发生与转子的倾向转移到其最小不愿立场取决于这个困镇裂产生的磁场。电气工程机器根据这个工作原理是开关磁阻电机（SRM）软件。

众所周知，SRM是在结构上最简单的所有电器设备。它的转子和定子组成双凸极片面的。然而，与古典式电机，有其转子，这对位于板薄板轧机没有线圈组成。由于缺乏对线圈的转子，

它减少铜损，因此它是保证了机器厂，效率比其他机器。

肯定对

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