开关磁阻电动机调速系统仿真分析

李玉巍1 全星慧2

(1大唐长山热电厂，吉林松原131109; 2大庆石油学院，黑龙江大庆163318)

    摘要：在开关磁阻电动机非线性动态模型基础上，利用matlah／simulink软件建立了开关磁阻电动机调速系统的仿真模型，分别在电流斩波控制和角度位置控制两种控制方式下进行了开关磁阻电动机调速系统的动态仿真，得到了相电感、电流、转矩和开关磁阻电动机的合成转矩，仿真结果反映了开关磁阻电动机的实际工作状况。

    关键词：开关磁阻电动机；仿真；matlab/simulink

中图分类号：tm352  文献标识码：a  文章编号：1004-7018(2009)11-0023-03

0引  言

 

    开关磁阻电动机调速系统(以下简称srd、集sr电动机与现代电力电子技术、控制技术为一体，兼有异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统的优点。sr电动机的双凸极结构以及非线性开关电源供电等特点，使得开关磁阻电机调速系统的设计和运行都与传统电机驱动系统明显不同[1]。

由于sr电动机本身是一个多可控量、强耦合的非线性系统，为了准确研究srd的稳态和动态特性，在sr电动机非线性数学模型的基础上，对srd进行整体仿真是一个非常有效的手段。

 

    matlab中的simulink是建立仿真模型的理想环境，它直观、便捷、准确，而且matlab的工具箱为我们实现多种控制策略提供了可能。另外，使用matlab中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化，研究效率提高[2]。

 

1 sr电动机非线性模型

 

    sr电动机由于其双凸极结构、磁路和电路的非线性、开关性等特点，定子绕组电流和磁通波形极不规则。但是sr电动机运行的理论与任何电磁式机电装置运行理论本质上没有区别，这种机电系统动态过程主要由电路方程、机械方程、机电联系方程三部分组成。sr电动机第k相电压平衡方程式为：

式中：uk为加于第k相绕组的电压；rk为第k相绕组的电阻；ik为第k相绕组的电流；ψk为第k相绕组的磁链。一般说来，电动机的磁链可用电感和电流的乘积来表示，即：

   sr电动机相电感的非线性是由绕组电流和转子位置角的非线性决定的。利用傅里叶级数分解式，忽略高次谐波，得出相绕组电感为：

式中：lmax为sr电动机****电感；lmin为sr电动机最小电感。lmax,lmin容易由试验得到其随相电流变化的数据，只要经过有限的试验次数就可以建立sr电动机的非线性模型。lmin可认为保持不变，lmax(i)可用多项式级数来近似表达其和相电流的函数关系，即：

考虑到matlab下的运行情况，在误差允许的范围内取n=3较好。

 

    sr电动机相绕组产生的电磁转矩为：

式中，k取1、2、3、4分别对应电动机的a、b、c、d四个相。

 

2 srd的simulink仿真

 

    利用sr电动机非线性模型，在matlab／simulink环境中建立srd动态仿真模型，如图1所示。sr电动机为四相8／6结构，功率变换电路为不对称半桥结构，模型采用速度和电流双闭环控制方式。

 

    图中给定值为参考电流，而subsystem、subsysteml、subsystem2和subsystem3代表sr电动机的a、b、c和，d四相。通过subsystem、subsysteml、subsystem2和subsystem3可分别得到各相的相电感、相电流和转矩，通过四相转矩的求和，就可以计算出sr电动机的总转矩。

    对sr电动机的控制采取在基速以下电流斩波控制，基速以上角度位置控制。

 

2.1电流斩波控制下的srd动态仿真