四相开关磁阻电动机直接转矩控制
叶敏1，曹秉刚2
(1长安大学，陕西西安710064；2西安交通大学，陕西西安710049)
摘要：为降低转矩脉动，提出四相开关磁阻电动机直接转矩控制原理、步骤和实现方法。借鉴感应电动机直接转矩控制思想，基于能量等效原则推导出四阶磁链正交变化矩阵，指出采用坐标分解法所得的磁链幅值是正交变换法所得幅值的1.4倍。针对正八边形的电压空间矢量，分析了磁链与电压矢量问的影响关系，设计了开关矢量表。仿真和实验研究结果表明，直接转矩控制的转矩稳态误差可控制在5％范围内，部分解决了开关磁阻电动机转矩脉动大的问题。
关键词：开关磁阻电动机；直接转矩控制；正交变换；开关电压矢量
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2010)05—0045—04
0引 言
开关磁阻电动机(以下简称SRM)自身结构紧凑牢固、驱动电路简单、成本低、性能可靠，而且可以方便地实现四象限控制的特点使其很适合电动车辆的各种工况运行，是电动车辆中****有潜力的机种。但SRM的****缺点是转矩脉动大、噪声大，如何降低SRM的转矩脉动，进而解决噪声是SRM应用于电动汽车的关键技术[1-2]。直接转矩控制作为降低转矩脉动的有效手段，在感应电动机中已得到广泛应用。感应电动机的励磁为规则的三相正弦交流电，而SRM由于自身的双凸极结构及直流电压励磁，因而不可照搬感应电动机直接转矩控制理论。
1四相SRM直接转矩控制
1985年德国鲁尔大学的德彭布罗克(Depenbro—ck)教授首次提出了直接转矩控制的理论。直接转矩控制用空间矢量分析方法,直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节(B B控制)产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行****控制，以获得转矩的高动态性能。
1.1四相SRM电压矢量
根据SRM电压平衡方程，SRM每相电压与瞬时磁链矢量方程为：
式中：Ψ为绕组磁链；u为绕组端电压；R为绕组电阻；i为绕组电流。忽略电机绕组电阻R，将式(1)写成差分形式：
从式(2)可以看出，瞬时磁链的变化方向与所加定子瞬时电压矢量的方向一致。四相SRM瞬时电压矢量的定义如图1所示，箭头所指为正方向。
在传统的不对称半桥的单极性功率变换器中[5]，对于单一方向的绕组电流，根据不同的开关状态，每相绕组有三种可能的电压状态，如图2所示。相应开关函数si(i=1，2，3，4)的定义如表1所示。
由表1可知，四相sRM功率变换器的开关模式共有3×3×3×3=81种组合。为简化方便，选用其中8个幅值相等、空间互差45。的开关电压矢量，如图3所示。电压矢量没有使用零矢量，零矢量主要用于故障保护和停a机操作。
1.2磁链合成
与感应电动机分布绕组建立的磁链分布不同，南集中绕组供电的sRM定子绕组磁链集中分布在定子磁极上，与转子位置有关，为简化方便，可以假足各相定于绕组的磁链固定在各相定子绕组所在磁极的中心线上，为此建立静
止的α一β坐标系[6-7]，如图4所示。
两相和四相电机等效的条件是气隙中产生的磁通相等，即：
N2和N4分别为两相和四相电机绕组的有效匝数，设N4=N2.
由式（3）可得：
