基于MATLAB的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真

1、目錄：第一章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展21.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域21.3 當(dāng)前的主要研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向3第二章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本理論分析42.1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成42.2 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)介紹42.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究52.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)原理62.5 SRD系統(tǒng)功率變換器82.6 SRD系統(tǒng)功率控制器92.7 SRD系統(tǒng)檢測(cè)單元10第三章 SRD系統(tǒng)的控制策略113.1 角度位置（APC）控制113.2 電流斬波（CCC）控制123.3 電壓PWM控制133.4 小結(jié)13第四章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

2、的數(shù)學(xué)建模與仿真144.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模144.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真21總結(jié)25基于MATLAB的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真第一章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 20世紀(jì)60年代以前，在需要可逆、可調(diào)速與高性能的電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，直流傳動(dòng)系統(tǒng)一直占領(lǐng)統(tǒng)治地位。自60年代以后，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流電氣傳動(dòng)技術(shù)發(fā)生了日新月異的變化，特別是異步電動(dòng)機(jī)矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制理論的產(chǎn)生及應(yīng)用技術(shù)的推廣，使得異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度，快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，

3、其動(dòng)、靜態(tài)特性完全可以和直流傳動(dòng)系統(tǒng)相媲美，于是出現(xiàn)了交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)的趨勢(shì)。但是，異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)也尚有一些未盡如人意之處。 正是在電氣傳動(dòng)技術(shù)得到迅猛發(fā)展的時(shí)代背景下，20世紀(jì)80年代國(guó)際上推出了一種新型交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱SRD(Switched Reluctance Motor Drive)。它是繼變頻調(diào)速、無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后，于80年代中期發(fā)展起來(lái)的新型交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將新的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)型磁阻電動(dòng)機(jī)(Switched Reluctance Motor，簡(jiǎn)稱SRM)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)合為一體，兼有異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電

4、動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代電氣傳動(dòng)的熱門(mén)課題之一。1.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)：(1)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速(2)各相工作獨(dú)立、系統(tǒng)可靠性高(3)功率電路簡(jiǎn)單可靠(4)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，啟動(dòng)電流小(5)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好(6)適用于頻繁啟動(dòng)、停車以及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行(7)效率高，損耗小開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)作為一種新型的調(diào)速系統(tǒng)，兼有直流傳動(dòng)和普通交流傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，以向各種傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)挑戰(zhàn)的勢(shì)頭正在逐步應(yīng)用在

5、家用電器、一般工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電動(dòng)機(jī)、高速電動(dòng)機(jī)、航天器械以及汽車輔助設(shè)備等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)由于具有串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的特性，因此在發(fā)展的初期主要應(yīng)用在電力機(jī)車的牽引上。隨著進(jìn)一步的發(fā)展，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)將逐漸占據(jù)電氣傳動(dòng)市場(chǎng)。另外，對(duì)于低壓、小功率的應(yīng)用場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。例如使用開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇、泵類、壓縮機(jī)等，可以在寬廣的速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率的運(yùn)行，且節(jié)能明顯，可以在短期內(nèi)收回成本。經(jīng)濟(jì)型小功率開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有廣闊的市場(chǎng)，尤其是在家用電器方面的應(yīng)用。1.3 當(dāng)前的主要研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)

6、調(diào)速系統(tǒng)同樣也存在一些自身的不足和缺點(diǎn)，這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）系統(tǒng)采用的是磁阻式電動(dòng)機(jī)，其能量轉(zhuǎn)換密度低于電磁式電動(dòng)機(jī)。 （2）開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，通常轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的典型值為±15%，由轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)導(dǎo)致的噪聲問(wèn)題以及待定頻率下的諧振問(wèn)題也較為突出。 （3）開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相數(shù)越多，主接線數(shù)越多。 （4）系統(tǒng)運(yùn)行需要電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)的反饋，而位置傳感器的引入使電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy。電動(dòng)機(jī)和控制器之間的連線增加，而且位置傳感器的分辨率有限，使系統(tǒng)的運(yùn)行性能下降。 （5）籠型異步電動(dòng)機(jī)可以直接接入電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，可以沒(méi)有控制環(huán)節(jié)，而開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)必須配合控制器才能穩(wěn)定工

7、作。針對(duì)上述缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)做了進(jìn)一步的研究，研究的方向有：（1）進(jìn)一步完善開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)理論，建立一套效率高、適用于工程設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)法。 （2）加強(qiáng)對(duì)鐵心損耗理論的研究。 （3）加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及噪聲的理論研究，提高電機(jī)的功率因數(shù)。 （4）改善電機(jī)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能仿真模型。 （5）完善開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器及控制器三者之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。 （6）實(shí)用無(wú)位置傳感器方案的研究。（7）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小化技術(shù)。第二章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本理論分析2.1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一種新型機(jī)電一體化交流調(diào)速系統(tǒng)，主要由四部分組成：開(kāi)關(guān)

8、磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器、控制器和檢測(cè)器,如圖2-1所示。圖2-1：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SRD)框圖2.2 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)介紹開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SR電機(jī)）的基本結(jié)構(gòu)及基本原理的提出可追溯到19世紀(jì)40年代，那時(shí)的電機(jī)研究人員已認(rèn)識(shí)到利用順序磁拉力使電機(jī)旋轉(zhuǎn)是簡(jiǎn)單易行的，但由于電機(jī)的運(yùn)行特性(效率、功率因數(shù)、利用系數(shù)等)很差，僅應(yīng)用于少數(shù)小功率場(chǎng)所，因而一直沒(méi)有引起人們的研究興趣。直到20世紀(jì)60年代，大功率晶閘管投入使用，為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的研究和發(fā)展奠定了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)?！伴_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor）”一詞源見(jiàn)于美國(guó)學(xué)者S.A.Nasar1969年所撰論文，他描

9、述了這種電機(jī)的兩個(gè)基本特征：開(kāi)關(guān)性電機(jī)必須工作在一種連續(xù)的開(kāi)關(guān)模式，這是為什么在各種新型半導(dǎo)體器件可以獲得后這種電機(jī)才可以發(fā)展的主要原因；磁阻性它是真正的磁阻電機(jī)，定轉(zhuǎn)子具有可變的磁阻回路，更確切的說(shuō)是一種雙凸極電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的概念非常久遠(yuǎn)，可以追溯到19世紀(jì)稱為“電磁發(fā)動(dòng)機(jī)”的發(fā)明，這也是現(xiàn)代步進(jìn)電機(jī)的先驅(qū)。在美國(guó)，這種電機(jī)常常被稱為“可變磁阻電機(jī)（Variable Reluctance Motor，VR電機(jī)）”一詞，但是VR電機(jī)也是步進(jìn)電機(jī)的一種形式，容易引起混淆。有時(shí)人們也用“無(wú)刷磁阻電機(jī)（Brushless Reluctance Motor）”一詞，以強(qiáng)調(diào)這種電機(jī)的無(wú)刷性?！半娮訐Q

10、向磁阻電機(jī)（Electronically commutated Reluctance Motor）”一詞也曾采用，從工作原理來(lái)看，甚至比“開(kāi)關(guān)磁阻”的說(shuō)法更準(zhǔn)確一些，但容易與電子換向的永磁直流電機(jī)相混。2.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是80年代初隨著電力電子和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及效率高等突出特點(diǎn)，成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者，引起各國(guó)學(xué)者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。2.3.1 國(guó)外研究1970年，英國(guó)Leeds大學(xué)步進(jìn)電機(jī)研究小組首創(chuàng)一個(gè)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctanc

11、e Motor, SRM）雛形，這是關(guān)于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)最早的研究。 1980年在英國(guó)成立了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有限公司（SRD Ltd.），專門(mén)進(jìn)行SRD系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。 1983年英國(guó)（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品命名為OULTON。1984年TASC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)公司也推出了他們的產(chǎn)品。另外SRD Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，到1986年已運(yùn)行500km。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，在電氣傳動(dòng)界引起不小的反響。在很多性能指標(biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了工業(yè)中長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。 跨國(guó)電機(jī)公司Emerson電氣公司還將

12、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)視為其下世紀(jì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的新的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)已廣泛或開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)、航空業(yè)和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 從近幾年國(guó)際會(huì)議上有關(guān)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的文章來(lái)看，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究工作己從論證它的優(yōu)點(diǎn)、開(kāi)發(fā)應(yīng)用的階段進(jìn)入設(shè)計(jì)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、控制器、功率轉(zhuǎn)換器等的運(yùn)行理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行了更深入的研究?？梢灶A(yù)料，隨著現(xiàn)代電子學(xué)的發(fā)展，微處理器運(yùn)行速度的提高，高性能大容量電力電子器件的發(fā)展，在不久的將來(lái)有望實(shí)現(xiàn)高性能的控制策略，從而使開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能價(jià)格比得到進(jìn)一步的提高。 2.3.2 國(guó)內(nèi)研究 從1984年開(kāi)始，我國(guó)許多

13、單位先后開(kāi)展了SR電機(jī)的研究工作，如北京紡織機(jī)電研究所、南京航空航天大學(xué)、東南大學(xué)、福州大學(xué)、華中理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、河海大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、哈爾濱電工學(xué)院、南京調(diào)速電機(jī)廠、西安微電機(jī)研究所、上海電科所、上海中達(dá)一斯米克公司等，且開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究被列為中小型電機(jī)“七五科研規(guī)劃項(xiàng)目”。在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)SR電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究起點(diǎn)較高，目前各單位都集中于較優(yōu)的三相和四相控制方案，至今國(guó)內(nèi)已有十余家單位推出不同性能、不同用途的從1kw至55kw等多種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于紡織、冶金、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的數(shù)十種生產(chǎn)機(jī)械和交通工具中。 1988年在南京召開(kāi)了第一屆開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)研

14、討會(huì)。1991年在武漢召開(kāi)了第二屆研討會(huì)。1992年初成立了中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)中小型電機(jī)專業(yè)委員會(huì)下設(shè)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)學(xué)組，以推動(dòng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)研究工作的進(jìn)一步發(fā)展。從此，我國(guó)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的研究工作己從摸索合理的設(shè)計(jì)方法發(fā)展為如何加速優(yōu)化以進(jìn)行開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)，在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)繞組互感對(duì)運(yùn)行的影響、轉(zhuǎn)矩脈振、最佳電流波形、振動(dòng)與噪音、發(fā)熱以及鐵耗計(jì)算等方面出現(xiàn)了許多獨(dú)特的觀點(diǎn)和見(jiàn)解;在控制方面，正在進(jìn)行用Intel公司的MCS-96或Motorola公司的M68000系列單片機(jī)取代MCS51單片機(jī)的工作，以提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低成本，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略。近20年來(lái)，SR電機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外取得

15、了很大的發(fā)展，但作為一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，研究的歷史還較短，其技術(shù)涉及到電機(jī)、微電子、電力電子、微機(jī)、控制、機(jī)械及工程應(yīng)用等眾多學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)，變頻調(diào)速感應(yīng)電機(jī)、無(wú)換向器直流電機(jī)等經(jīng)歷了幾個(gè)年代的開(kāi)發(fā)推廣，目前己領(lǐng)先一步，有著極其廣闊的市場(chǎng)前景。2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)原理 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器與位置檢測(cè)器四部分組成?？刂破鲀?nèi)包含控制電路與功率變換

16、器，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器則安裝在電機(jī)的一端。其電機(jī)部分由于是運(yùn)用了磁阻最小原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。圖2-2：四相8/6極SR電動(dòng)機(jī)A相電路結(jié)構(gòu)圖中，是電子開(kāi)關(guān)，是二極管，是直流電源。電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子呈凸極形狀，極數(shù)互不相等，轉(zhuǎn)子由疊片構(gòu)成，且?guī)в形恢脵z測(cè)器以提供轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，使定子繞組按一定的順序通斷，維持電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。電機(jī)磁阻隨著轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極的中心線對(duì)準(zhǔn)或錯(cuò)開(kāi)而變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁極中心線位置時(shí)，相繞組電感最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子極間中心線對(duì)準(zhǔn)定子磁極中心線時(shí)，相繞組電感最小。當(dāng)定子D-D極勵(lì)磁時(shí)，所產(chǎn)生的磁力則力圖使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)

17、子極軸線1-1與定子極軸線D-D重合的位置，并使D相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對(duì)位置作為起始位置，則依次給DABC相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會(huì)以逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，若依次給BADC相通電，則電機(jī)即會(huì)沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)?？梢钥闯?，SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無(wú)關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。另外，當(dāng)主開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，A相繞組從直流電源吸收電能，而當(dāng)關(guān)斷時(shí)，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管繼續(xù)流通，并回饋給電源，因此，SR電機(jī)傳動(dòng)的共性特點(diǎn)是具有能量再生作用，系統(tǒng)效率高。圖2-3：相電感、轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置的變化圖由于電動(dòng)機(jī)磁路的非線性，通常SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)根據(jù)磁共能來(lái)計(jì)算，即： （2-1

18、）式中轉(zhuǎn)矩，磁共能，轉(zhuǎn)子位置角，繞組電流基于圖2-3a的簡(jiǎn)化線性模型，式(2-1)可化簡(jiǎn)為式(2-2)，即： （2-2）通過(guò)控制加到SR電動(dòng)機(jī)繞組中電流脈沖的幅值、寬度及其與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，即可控制SR電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小與方向，這正是SR電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的基本原理。2.5 SRD系統(tǒng)功率變換器功率變換器是SRD系統(tǒng)能量傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，是影響系統(tǒng)性能價(jià)格比的主要因素，由蓄電池或交流電整流后得到的直流電提供電源，起控制繞組開(kāi)通與關(guān)斷的作用。由于SR電機(jī)繞組電流是單向的，使得功率變換器主電路不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且相繞組與主開(kāi)關(guān)器件是串聯(lián)的，可以避免直通短路危險(xiǎn)。但是合理選擇和設(shè)計(jì)功率變換器是提高SRD的性能

19、價(jià)格比的關(guān)鍵之一，功率變換器主電路形式的選取對(duì)SRM的設(shè)計(jì)也直接產(chǎn)生影響。 SR電機(jī)的功率變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式與供電電壓、電動(dòng)機(jī)相數(shù)及主開(kāi)關(guān)器件的種類有關(guān)。目前，常用的功變換器主電路有許多種，應(yīng)用最普遍的有不對(duì)稱半橋電路，雙繞組電路，裂相式電路，電容裂相型電路，H橋型電路等。 （a） 不對(duì)稱半橋電路 （b） 雙繞組電路 （c） 裂相式電路圖2.4 三種基本的功率變換電路圖2.4（a）所示的主電路為單電源供電方式，每相有兩個(gè)主開(kāi)關(guān)，工作原理簡(jiǎn)單。斬波時(shí)可以同時(shí)關(guān)斷兩個(gè)主開(kāi)關(guān)，也可只關(guān)斷一個(gè)。這種主電路中主開(kāi)關(guān)承受的額定電壓為U0它可用于任何相數(shù)、任何功率等級(jí)的情況下，在高電壓、大功率場(chǎng)合下有明

20、顯的優(yōu)勢(shì)，它用于任何相數(shù)，任何功率等級(jí)的情況下，在高電壓、大功率場(chǎng)合下有明顯的優(yōu)勢(shì)。圖2.4（b）所示的主電路特點(diǎn)是有一個(gè)初級(jí)繞組W1與一個(gè)次級(jí)繞組W2完全鍋臺(tái)（通常采用雙股并繞）。工作時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)管V向繞組W1供電；V關(guān)斷后，磁場(chǎng)儲(chǔ)能由W2通過(guò)續(xù)流二極管VD向電源回饋。V承受的最大工作電壓為2U，考慮到過(guò)電壓因素的影響，v的反向阻斷電壓定額通常取4Uo可以看出這種主電路每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)，所用開(kāi)關(guān)器件數(shù)少。其缺點(diǎn)是電機(jī)與功率變換器的連線較多，電機(jī)的繞組利用率較低。圖2.4（c）所示的主電路為裂相式電路，以對(duì)稱電源供電。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)，上橋臂從上電源吸收能量，并將剩余的能量回饋到下電源

21、，或從下電源吸取能量，將剩余的能量回饋到上電源。因此，為保證上、下橋電壓的平衡，這種主電路只能使用于偶數(shù)相電機(jī)。主開(kāi)關(guān)正常工作時(shí)的最大反向電壓為U。由于每相繞組導(dǎo)通時(shí)繞組兩端電壓僅為U/2，要做到SRM出力相當(dāng)，電機(jī)繞組的工作電流須為圖2.4（a）所示的主電路時(shí)的兩倍。 這三種主電路各有優(yōu)、缺點(diǎn)。圖2.4（b）、（c）所示的主電路所需主開(kāi)關(guān)的數(shù)目少，圖2.4（a）所示的主電路控制起來(lái)靈活，流經(jīng)主開(kāi)關(guān)的電流小，適配電機(jī)的范圍大。由于各主電路的主開(kāi)關(guān)總伏安容量大抵相等，成本相差不大。2.6 SRD系統(tǒng)功率控制器控制電路是SRD系統(tǒng)的控制核心，與標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，控制電路充當(dāng)比較元件和校正裝

22、置，它根據(jù)輸入（給定轉(zhuǎn)速）的要求，對(duì)控制對(duì)象SRM的轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，使之與給定轉(zhuǎn)速趨于一致，以達(dá)到調(diào)速的目的，是SRD系統(tǒng)的中樞。它主要由單片機(jī)和外圍電路組成。單片機(jī)根據(jù)反饋的SRM轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，采用一定的控制策略，控制功率電路中功率管的開(kāi)通與關(guān)斷控制，獲得相應(yīng)的機(jī)械特性。控制器是調(diào)速系統(tǒng)的中樞。它綜合處理輸入的速度指令、速度反饋信號(hào)及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息。由它來(lái)控制功率變換器中主開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)。在SRD系統(tǒng)中，要求控制器具有下述性能：實(shí)現(xiàn)電流斬波控制（CCC控制）；實(shí)現(xiàn)角度位置控制（APC控制）；實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、制動(dòng)、停車及四象限運(yùn)行；速度調(diào)節(jié)。除單片機(jī)和外圍電路控制

23、器外還有采用模糊控制理論與PID調(diào)節(jié)器相結(jié)合的控制方法控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，以DSP（TMS320LF2407）為核心開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制器電路達(dá)到了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)、提高運(yùn)行可靠性的目的，基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）的模糊控制器,提高整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能，基于雙DSP的磁浮開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全數(shù)字控制器，以C8051F120為控制核心的高速開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)字控制器等。2.7 SRD系統(tǒng)檢測(cè)單元檢測(cè)單元由位置檢測(cè)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成，提供轉(zhuǎn)子的位置信息以決定各項(xiàng)繞組的開(kāi)通與關(guān)斷，提供電流信息來(lái)完成電流斬波控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過(guò)電流。2.7.1 位置檢測(cè)位置檢測(cè)電路實(shí)際上是位置、速

24、度器，負(fù)責(zé)給控制電路提供電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速信息，這信息經(jīng)邏輯處理后形成功率開(kāi)關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，所以位置檢測(cè)器是開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件和特征部件。位置檢測(cè)器通常由齒盤(pán)和光電傳感器組成，傳感器可以采用光敏式器件、電磁式器件或磁敏式器件。高精度的位置檢測(cè)器采用旋轉(zhuǎn)編碼器，但價(jià)格高。SRD對(duì)位置檢測(cè)的一般要求是在運(yùn)行速度范圍內(nèi)能滿足檢測(cè)的精度要求；其次要求電路簡(jiǎn)單、工作可靠、抗干擾能力強(qiáng)；有的還要求能在惡劣環(huán)境下工作。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的位置檢測(cè)環(huán)節(jié)，目前主要分為兩大類，即直接位置檢測(cè)和間接位置檢測(cè)。直接位置檢測(cè)一般是指使用光電式、磁敏式位置傳感器以及接近開(kāi)關(guān)等器件進(jìn)行位置檢測(cè)；而間接位置是指無(wú)位置傳感

25、器檢測(cè)方法，比如定子繞阻瞬態(tài)電感信息的波形檢測(cè)法、基于狀態(tài)觀測(cè)器的無(wú)位置傳感器檢測(cè)法以及反串線圈檢測(cè)法等技術(shù)。2.7.2 電流檢測(cè)SRD驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在高速運(yùn)行時(shí)，還是低速運(yùn)行都需要對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，電流檢測(cè)是電流斬波控制方式的需要，也是過(guò)電流保護(hù)的需要。在SRD系統(tǒng)中，電流是單向、脈動(dòng)的，而且波形隨運(yùn)行方式，運(yùn)行條件不同而不同，因此，要求電流檢測(cè)器的性能要好，快速性好；主電路與控制電路隔離良好，具有一定的抗干擾能力；靈敏度高，檢測(cè)頻帶范圍寬；工作范圍大，在工作范圍內(nèi)有良好的線性度。電流檢測(cè)可采用電阻取樣隔離法、磁敏電阻法、霍爾元件直接測(cè)量法等。第三章 SRD系統(tǒng)的控制策略SR電動(dòng)機(jī)的控制方式指電

26、機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)哪些參數(shù)進(jìn)行控制及如何進(jìn)行控制，使電機(jī)達(dá)到期望的運(yùn)行狀況(如期望的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩等)，并使其保持較高的動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)行效率。SR電動(dòng)機(jī)的控制方式主要針對(duì)以上幾個(gè)可控變量來(lái)進(jìn)行控制，一般分為:角度位置控制方式(Angular Position Control，簡(jiǎn)稱APC控制)、電流斬波控制方式(Chopped Current Control，簡(jiǎn)稱CCC控制)和電壓PWM控制方式。3.1 角度位置（APC）控制角度控制就是對(duì)決定SR電機(jī)性能的兩個(gè)主要控制參數(shù)開(kāi)通角和關(guān)斷角進(jìn)行最優(yōu)控制。通過(guò)改變開(kāi)通角和關(guān)斷角，可實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)、大小和相電流波形的最優(yōu)控制，從而最佳地調(diào)節(jié)SRM的效率、轉(zhuǎn)子

27、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向。在假設(shè)轉(zhuǎn)速、母線電壓不變的情況下，固定并調(diào)節(jié)隨著的增加，開(kāi)通電流時(shí)間增加；同理，當(dāng)固定，調(diào)節(jié)，隨著的減小，開(kāi)通電流時(shí)間增加。并且調(diào)節(jié)，相電流的改變更加顯著。APC控制方式的特點(diǎn)：首先，電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大。假設(shè)定義電流存在區(qū)間占電流周期的比例為電流占空比，則在極端情況下，角度位置控制的電流占空比的變化范圍幾乎從0-100%，電流的大小直接影響著轉(zhuǎn)矩的大小，因此轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的范圍將很大。其次，電動(dòng)機(jī)在角度位置控制方式下運(yùn)行效率高。通過(guò)角度優(yōu)化，能使電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下保持較高的效率，可實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)控制或轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制。 但是，角度位置控制不太適用于低速。因?yàn)檗D(zhuǎn)速降低時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)減小，使電流

28、峰值增大，必須進(jìn)行限流，因此角度位置控制一般用于轉(zhuǎn)速較高的應(yīng)用場(chǎng)合。3.2 電流斬波（CCC）控制電流斬波控制就是保持開(kāi)通角和關(guān)斷角不變，通過(guò)給定的允許電流上限幅值和下限幅值來(lái)控制有效電壓的導(dǎo)通時(shí)間。開(kāi)通角位置功率電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，繞組電流從O開(kāi)始上升，當(dāng)電流超過(guò)指令值達(dá)到電流上限值時(shí)，開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷切斷繞組電流，繞組承受反壓，電流快速下降。經(jīng)一段時(shí)間后，電流低于指令值達(dá)到電流下限值時(shí)，重新使開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，繞組在正向電壓作用下電流又開(kāi)始回升，不斷重復(fù)這一過(guò)程，則形成斬波電流波形，直至關(guān)斷角位置功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷，電流衰減至0，SRM進(jìn)行換向，對(duì)換向后的繞組仍然采用電流斬波控制。 CCC控制方式的特

29、點(diǎn)： 電流斬波控制較適用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低速的情況下。電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，繞組中旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)小，電流增長(zhǎng)快。在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)的方向與繞組端電壓方向相同，電流比低速運(yùn)行時(shí)增長(zhǎng)更快。兩種情況下，采用電流斬波控制方式正好能夠限制電流峰值超過(guò)允許值，起到良好有效的保護(hù)和調(diào)節(jié)效果。 當(dāng)斬波周期較小，并忽略相導(dǎo)通和相關(guān)斷時(shí)電流建立和消失的過(guò)程(轉(zhuǎn)速低時(shí)近似成立)時(shí)，電流波形呈較寬的平頂波，故產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也比較平穩(wěn)，合成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯比其它控制方式小，因此較適合用于轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是該控制方式在用作調(diào)速系統(tǒng)時(shí)抗負(fù)載擾動(dòng)性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢是其一弱點(diǎn)，因?yàn)樘岣哒{(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下的快速響應(yīng)，除轉(zhuǎn)速檢測(cè)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)響應(yīng)

30、快外，系統(tǒng)自身的機(jī)械特性也十分重要。電流斬波控制方式中，由于電流峰值被限，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在負(fù)載擾動(dòng)的作用下發(fā)生突變時(shí)，電流峰值無(wú)法自動(dòng)適應(yīng)，使之成為特性非常軟的系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)十分緩慢。3.3 電壓PWM控制電壓斬波控制是SRM在低速運(yùn)行時(shí)，利用電壓PWM控制器對(duì)繞組采樣電流與指令電流進(jìn)行跟蹤控制。開(kāi)通角位置功率電路開(kāi)關(guān)器件按最大占空比導(dǎo)通，繞組電流從0開(kāi)始上升，當(dāng)電流超過(guò)指令值時(shí)，通過(guò)PID調(diào)解器或其他控制算法減小開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的占空比，使繞組電流減小并接近指令電流；當(dāng)繞組電流小于指令電流時(shí)，再增大開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的占空比，使繞組電流又開(kāi)始增長(zhǎng)并接近指令電流，以后不斷重復(fù)這一過(guò)程

31、，形成電壓斬波控制，直至關(guān)斷角位置功率開(kāi)關(guān)器件完全關(guān)斷，電流衰減至0，SRM換向，對(duì)換向后的繞組仍采用電壓斬波控制。電壓PWM控制通過(guò)調(diào)節(jié)相繞組電壓的平均值，進(jìn)而能間接地限制和調(diào)節(jié)相電流，因此既能用于高速調(diào)速系統(tǒng)，又能用于低速調(diào)速系統(tǒng)。電壓PWM控制法雖然簡(jiǎn)單，迫調(diào)速范圍較小。其它特點(diǎn)則與電流斬波控制方式相反，它適合于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，抗負(fù)載擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，缺點(diǎn)是低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。3.4 小結(jié)由上所述，開(kāi)關(guān)磁組電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)可采用多種控制方式，不同方式對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)特性差異很大，因此選擇適當(dāng)?shù)目刂品绞绞窍到y(tǒng)設(shè)計(jì)者的重要任務(wù)。由于一般要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍較寬，負(fù)載轉(zhuǎn)矩適用范圍也較寬，為了使電動(dòng)機(jī)

32、在各種不同工作條件下均有較好的性能指標(biāo)，一般可選用幾種控制方式的組合。（1）高速角度控制、低速電流斬波控制高速時(shí)采用角度控制，低速時(shí)采用電流斬波控制有利發(fā)揮三者的長(zhǎng)處，克服二者的短處，能在較寬調(diào)速范圍內(nèi)使電動(dòng)機(jī)有較好的特性和力能指標(biāo)。這種控制方法在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品較普遍采用。這種控制方法的缺點(diǎn)在中速較突出，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)兩種控制方式均較困難。若采用角度控制則電流脈沖窄而尖，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，電流峰值也大。若采用電流斬波控制，則在后續(xù)流過(guò)程較長(zhǎng)，影響出力與效率。其解決辦法是在低速電流斬波控制時(shí)結(jié)合角度控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，使適當(dāng)提前。（2）變角度電壓斬波控制 這種控制方法的要點(diǎn)是靠電壓斬波調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，

33、并使和隨轉(zhuǎn)速改變。由于電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，希望盡量將繞組電流波形置于電感上升段。考慮到電流的建立過(guò)程和續(xù)流消失過(guò)程需一定時(shí)間，電流波形總比通電區(qū)間-有所滯后。當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時(shí)，由于通電區(qū)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間越短，電流波形滯后的就越多。因此要求通電區(qū)間提前的角度應(yīng)越多。此種工作方式轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大，高速低速均有較好的電動(dòng)機(jī)性能，且不存在兩種不同控制方式互相轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，因此在近年一些國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品采用。其缺點(diǎn)是控制方式的實(shí)現(xiàn)稍顯復(fù)雜，同時(shí)要求功率開(kāi)關(guān)的工作頻率較高，否則斬波噪聲比較大。第四章 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模與仿真4.1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模4.1.1 SR電機(jī)的方程建立SR電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)，

34、為了簡(jiǎn)化分析，特作如下假設(shè)： (1)忽略鐵心的磁滯和渦流效應(yīng)，且不計(jì)磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)； (2)在一個(gè)電流脈沖周期，轉(zhuǎn)速恒定不變； (3)主電路供給電源的直流電壓恒定不變。 在建立各項(xiàng)方程前，設(shè)相SR電機(jī)各相結(jié)構(gòu)和參數(shù)一樣，且第相的磁鏈為、電壓為、電阻為、電感為、電流為、轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)子位置角為，電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速為。 下面分別針對(duì)這種“理想”的機(jī)電系統(tǒng)建立磁鏈方程、電壓方程和機(jī)械聯(lián)系方程。1.磁鏈方程一般來(lái)說(shuō)，SR電動(dòng)機(jī)的各相繞組磁鏈為該相電流與自感、其余各相電流以及轉(zhuǎn)子位置角的函數(shù)，即： （4-1）由于SR電動(dòng)機(jī)各相之間的互感相對(duì)自感來(lái)說(shuō)甚小，為了便于計(jì)算，一般忽略相間互感，因此，磁鏈方程也可簡(jiǎn)寫(xiě)成該相

35、電流和電感的乘積，即： （4-2）其中，每相的電感是相電流和轉(zhuǎn)子位置角的函數(shù)，它隨著轉(zhuǎn)子角位置而變化，這正是SR電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。2.電壓方程由基爾霍夫定律可列寫(xiě)出第相回路電壓平衡方程。施加在各定子繞組端的電壓等于電阻壓降和因磁鏈變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)作用之和，故第k相繞組電壓方程： （4-3）將2-2代入上式可得：（4-4）3.機(jī)械方程 按照力學(xué)定律可得出在電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下的轉(zhuǎn)子機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程： （4-5）4.1.2 SR電機(jī)系統(tǒng)的線性分析電感與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系分析圖4-1電感與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系由圖，可以得到“理想化”的線性SR電動(dòng)機(jī)電感的分段線性方程，其繞組電感與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系如下

36、： = （4-6） 其中繞組電流分析SR電動(dòng)機(jī)各相繞組通過(guò)功率電路供電，當(dāng)功率電路的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，繞組電壓為電源電壓。假設(shè)繞組電感僅是轉(zhuǎn)子位置的線性函數(shù)，且在式(4-3)中，繞組的電阻壓降和相比起來(lái)很小，可以忽略掉，故(4-3)式可化簡(jiǎn)成： （4-7） 又 ，故有 （4-8）方程的兩邊同乘繞組電流，可得功率平衡方程： . （4-9）由于繞組電感的表達(dá)式(4-6)是分段線性解析式，故需分段給出初始條件求解關(guān)于繞組電流的微分方程式。（1）如圖4-1所示，在到區(qū)域，將作為初值條件結(jié)合式（4-8）解得： （4-10）分析式(4-10)可知，若減小，則電流幅值會(huì)相應(yīng)的增加。因此通過(guò)合理選擇繞組開(kāi)通角，

37、即可使相電流在進(jìn)入有效工作區(qū)域前達(dá)到一定的數(shù)值，以保證在電感上升段產(chǎn)生足夠大的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）在到關(guān)斷角區(qū)段，將(4-10)所推出的結(jié)果作為該區(qū)段的初值條件，結(jié)合式(4-8)解得： （4-11）對(duì)應(yīng)的電流變化率為： （4-12）（3）在到區(qū)域，繞組處于續(xù)流狀態(tài)，相電流在反向及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)的作用下以較快的速率下降。類似可得到電流表達(dá)式為： (4-13)（4）在到區(qū)域，繞組電流為： (4-14)電流變化率為： (4-15)（5）在到區(qū)段，同理易得繞組電流表達(dá)式為： (4-16)顯然，當(dāng)時(shí)，相電流己衰減至零。這些分段電流函數(shù)可以用下面的通式統(tǒng)一描述，即： (4-17)電磁轉(zhuǎn)矩的分析 （4-18）分析此

38、式可知： (1)SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向不受電流方向的影響，僅取決于電感隨轉(zhuǎn)角的變化。只要在電感曲線的上升段通入繞組電流就會(huì)產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩，而在電感曲線的下降段通入繞組電流則會(huì)產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩。 (2)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)氣隙磁導(dǎo)變化產(chǎn)生的，當(dāng)磁導(dǎo)對(duì)轉(zhuǎn)角的變化率越大時(shí)，轉(zhuǎn)矩也越大。(3)電磁轉(zhuǎn)矩的大小同繞組電流的平方成正比，即使考慮到電流增大后鐵芯飽和的影響，轉(zhuǎn)矩不再與電流平方成正比，但仍隨電流的增大而增大，因此可以通過(guò)增大電流有效地增大轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速的分析將上面得到的式(4-17)表示的繞組電流代入式(4-18)中，得到： （4-19）由此進(jìn)一步得到： （4-20）其中。4.1.3 SR電機(jī)系統(tǒng)的非線性分析SR電機(jī)運(yùn)行的理論與任何電磁式機(jī)電裝置運(yùn)行理論一樣，也可以認(rèn)為是由電端口和機(jī)械端口組成的多端口裝置。當(dāng)不計(jì)磁滯、禍流，但考慮繞組間互感時(shí)，SR電機(jī)的方程可由下式表示： （4-21） （4-22） （4-23） （4-24） （4-25）式中：k相繞組電壓 k相繞組電阻 k相繞組電流 k相繞組磁鏈 轉(zhuǎn)子位置角 角速度 相繞組電磁轉(zhuǎn)矩 SR電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 SR電機(jī)相數(shù) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 粘性摩擦系數(shù) SR電機(jī)的轉(zhuǎn)子及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式(4-21)為電機(jī)相繞組的電壓平衡方程，式(4-22)為電機(jī)相繞組的電磁轉(zhuǎn)矩方程，式(4-23)