四相開關磁阻電動機直接轉矩控制
葉敏1，曹秉剛2
(1長安大學，陜西西安710064；2西安交通大學，陜西西安710049)
摘要：為降低轉矩脈動，提出四相開關磁阻電動機直接轉矩控制原理、步驟和實現方法。借鑒感應電動機直接轉矩控制思想，基于能量等效原則推導出四階磁鏈正交變化矩陣，指出采用坐標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系，設計了開關矢量表。仿真和實驗研究結果表明，直接轉矩控制的轉矩穩態誤差可控制在5％范圍內，部分解決了開關磁阻電動機轉矩脈動大的問題。
關鍵詞：開關磁阻電動機；直接轉矩控制；正交變換；開關電壓矢量
中圖分類號：TM352 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2010)05—0045—04
0引 言
開關磁阻電動機(以下簡稱SRM)自身結構緊湊牢固、驅動電路簡單、成本低、性能可靠，而且可以方便地實現四象限控制的特點使其很適合電動車輛的各種工況運行，是電動車輛中****有潛力的機種。但SRM的****缺點是轉矩脈動大、噪聲大，如何降低SRM的轉矩脈動，進而解決噪聲是SRM應用于電動汽車的關鍵技術[1-2]。直接轉矩控制作為降低轉矩脈動的有效手段，在感應電動機中已得到廣泛應用。感應電動機的勵磁為規則的三相正弦交流電，而SRM由于自身的雙凸極結構及直流電壓勵磁，因而不可照搬感應電動機直接轉矩控制理論。
1四相SRM直接轉矩控制
1985年德國魯爾大學的德彭布羅克(Depenbro—ck)教授首次提出了直接轉矩控制的理論。直接轉矩控制用空間矢量分析方法,直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(B B控制)產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態進行****控制，以獲得轉矩的高動態性能。
1.1四相SRM電壓矢量
根據SRM電壓平衡方程，SRM每相電壓與瞬時磁鏈矢量方程為：
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。忽略電機繞組電阻R，將式(1)寫成差分形式：
從式(2)可以看出，瞬時磁鏈的變化方向與所加定子瞬時電壓矢量的方向一致。四相SRM瞬時電壓矢量的定義如圖1所示，箭頭所指為正方向。
在傳統的不對稱半橋的單極性功率變換器中[5]，對于單一方向的繞組電流，根據不同的開關狀態，每相繞組有三種可能的電壓狀態，如圖2所示。相應開關函數si(i=1，2，3，4)的定義如表1所示。
由表1可知，四相sRM功率變換器的開關模式共有3×3×3×3=81種組合。為簡化方便，選用其中8個幅值相等、空間互差45。的開關電壓矢量，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和停a機操作。
1.2磁鏈合成
與感應電動機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，與轉子位置有關，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坐標系[6-7]，如圖4所示。
兩相和四相電機等效的條件是氣隙中產生的磁通相等，即：
N2和N4分別為兩相和四相電機繞組的有效匝數，設N4=N2.
由式（3）可得：
