电动车用四相开关磁阻电机直接转矩控制及其仿真

冯圭尧　李斌　张培玉

摘 要：开关磁阻电机直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，一种新型且性能比较高的开关磁阻电机传动控制技术。文章在电动汽车运行特点的前提下，对电动汽车用开关磁阻电机直接转矩控制技术进行研究，并且在Matlab Sinmulink环境中进行仿真，通过对仿真结果对比分析验证了直接转矩控制策略的优越性。

关键词：开关磁阻电机；直接转矩控制；Matlab Sinmulink仿真

随着人们生活水平日益提高，人均汽车占有量大幅度提升，传统汽车产生的尾气对环境造成了严重威胁，因此发展绿色交通工具成为当今社会的一个热点话题。开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）具有结构简单、起动转矩大等优点，非常适合用于电动车驱动系统。SRM具有独特的双凸极结构，因此存在转矩脉动大和噪声问题。因此如何从控制角度抑制电机运行时的转矩脉动成为关键问题。

1 直接转矩控制原理

直接转矩控制的控制对象是功率变换器中的开关管，在保证定子磁链幅值不变的前提下，通过调整开关管的开通关断来改变定转子磁链的相角，从而控制转矩的增减。

开关磁阻电机空间电压矢量选择：根据功率变换器中开关管通断状态的不同，定义“1”、“0”、“-1”三种状态。“1”状态表示上下桥臂开关管均导通；“0”状态表示上桥臂关断，下桥臂开关管导通；“-1”状态表示上下桥臂开关管均关断。之后在定子坐标系下，定义出四相开关磁阻电机定子电压的8个空间矢量，根据这8个电压矢量的角平分线划分，我们能够得到8个区间，如图1。

由图1可知，当在区间 N=k 内（k=1、2、…、8）时，选择超前于当前磁链矢量的电压矢量U（k+1）、U（k+3）可以增大转矩；反之选择U（k-1）、U（k-3）可以减小转矩。选择与当前磁链矢量夹角小于90°的电压矢量U（k+1）、U（k-1）可以使磁链增加；反之U（k+3）、U（k-3）使磁链减小。

2 Matlab_Simulink仿真

为了验证四相开关磁阻电机直接转矩控制的优越性，分别对四相开关磁阻电机的电流斩波控制方式以及直接转矩控制方式进行了仿真分析，图2所示为开关磁阻电机直接转矩控制仿真图。我们对模型中的主要参数进行如下设置：电机参数为：电压72V，额定功率7.5KW，四相8/4极结构，磁链？鬃=0.486Wb。

3 仿真结果分析

通过图3和图4中转矩波形可以看出，对于电流斩波控制方式，转矩在30N与10N上下变化，脉动幅值将近20N。而对于直接转矩控制方式，转矩在20N与10N上下变化，脉动幅值将近10N，相比之下，直接转矩控制脉动幅值较小，因此机械噪声也较小。

4 结束语

文章从开关磁阻电机直接转矩控制原理出发，在Simulink仿真系统中对开关磁阻电机直接转矩控制系统和电流斩波控制系统分别进行仿真，通过对仿真波形的对比分析，得到了令人比较满意的结果。该实验也进一步说明开关磁阻电机直接转矩控制策略是可以应用到电动车上的。

参考文献

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作者简介：冯圭尧（1988-），男，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，主要从事电机与电器的智能控制方面的研究。