开关磁阻电机控制系统

开关磁阻电机控制系统

王高兵

联力环保新能源有限公司 江苏省淮安市 223001

摘要:开关磁阻电机(SRM)是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高,可以进一步提升系统的安全稳定性。

关键词：驱动系统；电动机；开关磁阻电机

1引言

开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志。与反应式步进电机相似,SR电机系双凸极源可变磁阻电动机,其定,转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成,且定,转子极数不同。定子上装有简单的集中绕组,转子只由叠片构成,没有绕组和永磁体。功率变换器向SR电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到知的直流电供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令,速度反馈信号及电 流传感器,位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中道主开关器件的工作状态。

2电动机的种类区分

如今最常使用的电动机分别有一下四类

（1）直流电动机

直流电动机的成本低廉、电路简单、易于实现平滑调速，同时有着良好的四象限运行能力，满足用于电动汽车的部分需求。

然而传统直流电机存在机械换向器和电刷，运行中会产生电火花和电磁辐射，从而干扰到车辆的电子控制系统，不利于车联网体系的建立。除此之外，机械换向器有着极为复杂的结构，难以简单制造且使车速到达高速。

（2）交流感应电机

交流感应电机一般采用六用鼠笼型的结构，对比与其他电机，三相鼠笼型电动机成本较低，运行效率高，拥有良好的可靠性的同时便于维修的优点，而且体积小。通过一定的控制策略，，交流感应电机也可以实现类似于直流电机的良好调速特性。 但与此同时，交流感应电机用电量大，在使用过程中发热严重，调速性能不佳，控制系统复杂且需要一定的成本。

（3）无刷永磁电机

永磁电机是一种高性能新兴电机。永磁无刷直流电机结构中不含换向器和电刷，这样一来永磁电机一方面继承了直流电机优秀的调速性能又避免了机械换向器和电刷带来的负面影响。相较于此前介绍的几种电机，永磁电机有更高的功率和转矩，极限转速高、制动性能好。散热性能更好。加之永磁电机也具有优异的四象限运行能力，使得永磁电机作为较晚出现的电动车用电机却后来者居上，近些年来表现出越来越迅猛的发展势头。然而，在应用反面永磁电机有几个不可回避的缺点。其一，永磁材料受温度影响大，在大电流负载时，温度的上升会导致永磁材料性能下降。其二、受限于转子磁轭与定子之间安装的机械强度，永磁电机难以承受高速运行状态。其三、稀土永磁体的价格昂贵，导致永磁电机的制造成本上升。其四、大型稀土永磁体会吸引周围飞散的金属碎屑，对电极稳定运行不利。其五、受限于自身的结构及材料特点，永磁电机难以获得高于基速两倍及以上的转速。这些问题在实际应用中限制了永磁电机的适用范围。

（4）开关磁阻电机

开关磁阻电机（SRM）是一种双凸极变磁阻电机，转子不含永磁体而是由硅钢片叠压而成。从结构上来看对比与其他电机，开关磁阻电机相对较为稳定，并且在转速、转矩方面的调速范围更广，并且在可靠性已经稳定方面，开关磁阻电机也有着相对的优势。此外，对于控制和四象限运行方面所需的功能，开关磁阻电机能够更加容易且灵活大实现。

3开关磁阻电机控制方式

现如今最常使用的的开关磁阻电机的控制方式主要有一下三种控制：

（1）电流斩波控制

（2）电压斩波控制

（3）角度位置控制

而在这三种控制方式中开关磁阻电机的绕组电流是不连续的，在每个导通周期内，绕组电流都会从零开始上升然后下降到零等待下一次开通。由此可以将这三种控制方式归结为电流断续控制模式加以分析。电流连续导通模式即在导通周期内相电流维持在零以上，不会降为零也不会从零开始上升。在电流断续导通控制下，如果电机工作在高速，反电动势和绕组阻抗增大，那么相电流值的增长将会遇到瓶颈甚至降低。这对电机转速范围的进一步提升是一种阻碍。因此可以认为，电流连续导通模式是对电流断续导通模式的一种补偿，是对电机整体调速范围的一种扩充，完善了电机从低速、中高速到高速的速度范围。

4 开关磁阻电机在汽车发动机中的作用

对于电动汽车，电动机需满足以下要求

（1）电机要频繁启动，停止、加减速。速度改变范围要宽，变速是要平稳迅速，复杂路况下要也要有优秀的控制性能。在速度较低时能提供足够大的转矩，以满足电动汽车上下坡、启停的要求。除此之外，高速运行时电机还需要能提供足够高且稳定的转速，以满足平稳运行的要求。

（2）电动汽车的电机在多种运行情况以及范围广的功率变换范围内都需要能高效运转。除了电动机，其控制系统包括控制器、功率变换器、传动装置都需要高效率，从而增加汽车运行的稳定性以及减少开车时的油耗

（3）需要极快的反应速度、良好的加速性能、优越的过载能力从而适应电动汽车运行时路况的变化。

（4）电机及其控制系统足够稳定，有较强的容错性，能承受瞬间的大电流冲击以提供足够大的起动转矩。

（5）电机体积要适当，重量不能过大，以满足电动车车体大小的需要。

（6）电机本身的制造要求十分严格，作为汽车使用不仅需要考虑振动，过热等运行时及其容易出现的现象，同时也要做好在恶劣环境中行驶时尘埃，雨水，已经各种腐蚀物的影响。

（7）对于制造厂商来说，需要电机的成本足够低廉，此外结构简单，便于制造与维修，稳定性要好，减少机器损坏的可能性。

而开关磁阻电机基本满足以上需求，因此在电动车的使用中有着重大意义。

5 结束语

随着如今现代电机控制系统的不断发展，随着传统电机的不断淘汰，开关磁阻电机的占比已经越来越高。因此，对于开关磁阻电机进行进一步的研究与优化无疑是一项非常有潜力的课题，在电机系统的运行构建过程中，我们也应该优先考虑开关磁阻电机的使用，从而构建更加高效的电机系统。

参考文献：

[1] 李勇 电动汽车开关磁阻电机驱动控制系统[J] 科学信息化 2017

[2] 段秉龙, 李继生, 李文刚. 开关磁阻电机控制系统仿真建模研究[J]. 自动化与仪表, 2008(02):28-31.

[3]王永艳,刘武发.开关磁阻电机驱动控制系统设计[J].机械工程与自动化,2017(04):176-178.

[4] 尚巍.开关磁阻电机驱动（SRD）系统概述[J].电子技术与软件工程,2020(01):201-203.