开关磁阻电机的电流连续导通模式及其高速运行区扩展的研究

摘要

开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)是一种新型机电一体化电机，具有结构简单坚固、调速范围宽、运行效率高、高速性能好等优点，特别适合用作电动车辆的传动电机，尤其是高速传动电机。但是，由于其特殊的双凸极结构和磁路的饱和非线性，SRM的电磁关系十分复杂，难以准确地进行描述。并且，SRM运行在高速区时的控制变量为少见的绕组开通、关断角度，这使得SRM的高速运行与控制问题进一步复杂化。
　　当SRM运行在高速区时，由于运动反电势的升高，对电流的幅值控制失效，SRM常采用改变开通角和关断角的单脉冲角度位置控制方式。由于SRM高度非线性的特点，开关角度与输出转矩或功率之间的关系十分复杂，角度位置控制方式的控制参数难以准确掌握。另外，当SRM升速进入串励特性区时，会显示出弱磁特性，转矩和功率输出能力下降很大，这限制了SRM高速性能的发挥。立足于SRM在高速区输出能力的扩展问题和相应控制策略的设计问题，本文对SRM的高速运行进行了深入研究，主要研究内容如下:
　　对于SRM电磁特性的饱和非线性问题，本文采用非线性函数拟合和傅里叶级数逼近的方式求取了SRM磁链特性的解析表达式，并在此基础上推导了电磁转矩与定子电流及转子位置之间的关系的数学描述，由此建立了SRM的非线性数学模型。
　　针对SRM在单脉冲角度位置控制方式下开关角度难以选定的问题，本文在分析开通角和关断角对SRM运行影响的基础上，采用试凑法获得了该控制方式下对开关角度进行控制的最优化规律。并利用所得结果，设计了SRM对应于基速以上的恒功率区的控制系统，并通过仿真实验证实了所得控制规律的合理性。
　　为了提高SRM在高速串励特性区的电磁转矩和功率的输出能力，本文突破了SRM传统的电流断续运行模式，引入了一种全新的电流连续导通运行模式，并通过两种不同的控制方式建立了相应的控制系统。最后，本文通过对样机的仿真实验验证了所提方案的有效性。