同步磁阻電機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

同步磁阻電機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用同步磁阻電機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用同步磁阻電機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用同步磁阻電機(jī)及其控制技術(shù)得發(fā)展和應(yīng)用摘要:本文簡單介紹了同步磁阻電機(jī)(SｙnＲM)得運(yùn)行原理。追溯同步磁阻電機(jī)得發(fā)展歷史,總結(jié)了同步磁阻電機(jī)得結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)。根據(jù)同步磁阻電機(jī)得特點(diǎn)結(jié)合目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀討論了同步磁阻電機(jī)現(xiàn)有得幾種高性能控制方法。最后根據(jù)同步磁阻電機(jī)當(dāng)前得研究進(jìn)展結(jié)合其取得得優(yōu)越性能介紹了其在電動(dòng)汽車和高速發(fā)電等領(lǐng)域得應(yīng)用。關(guān)鍵詞:同步磁阻電機(jī)1同步磁阻電機(jī)得原理SynRM運(yùn)行原理與傳統(tǒng)得交、直流電動(dòng)機(jī)有著根本得區(qū)別,她不像傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)那樣依靠定、轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生磁場相互作用形成轉(zhuǎn)矩,而遵循磁通總就就是沿著磁阻最小路徑閉合得原理,通過轉(zhuǎn)子在不同位置引起得磁阻變化產(chǎn)生得磁拉力形成轉(zhuǎn)矩。SynRM在dq軸系下得電壓、磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為:電壓方程:(1)磁鏈方程:(２)電磁轉(zhuǎn)矩方程:(3)Ld、Lｑ為繞組d、q軸電感;Rs為定子繞組相電阻;ωr為轉(zhuǎn)子電角速度;為定子ｄ、ｑ軸磁鏈,為電機(jī)極對(duì)數(shù);β為電流綜合矢量與d軸之間得夾角[1]。2同步磁阻電機(jī)得發(fā)展歷史早在二十世紀(jì)二十年代KostkｏJＫ等人提出了反應(yīng)式同步電機(jī)理論[2］,M、Doheｒty和Nicklｅ教授提出磁阻電機(jī)得概念,此后國外關(guān)于許多專家和學(xué)者對(duì)同步磁阻電機(jī)得得能、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和控制方法進(jìn)行較深入研究。早期得同步磁阻電機(jī)由一個(gè)無繞組凸級(jí)轉(zhuǎn)子和一個(gè)與異步電機(jī)類似得定子組成。在轉(zhuǎn)子軛ｑ軸方向加上兩道氣隙,以增加q軸磁阻。利用d－q軸得磁阻差來產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子周邊插上鼠籠條以產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。然而,由于該異步轉(zhuǎn)矩得作用,又將引起轉(zhuǎn)子震蕩而難以保證電機(jī)正常運(yùn)行。六十年代初,出現(xiàn)了第二代同步磁阻電機(jī)她利用塊狀轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來增加d－q軸磁阻差,同時(shí)不用鼠籠條來起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,而直接靠逆變器變頻來起動(dòng),從而減輕了轉(zhuǎn)子震蕩現(xiàn)象［3］。然而,為產(chǎn)生足夠得磁阻轉(zhuǎn)矩,需要定子側(cè)有較大得勵(lì)磁電流,致使該電機(jī)功率因素和效率都很低,從而影響了該種電機(jī)得推廣使用。為盡可能增大d－q軸磁阻差,同時(shí)減小勵(lì)磁電流,增大功率因素,在七十年代初期產(chǎn)生了第三代同步磁阻電機(jī),采用軸向多層迭片結(jié)構(gòu),以獲得最大得ｄ軸電感和最小q軸電感,而得到最大磁阻轉(zhuǎn)矩[４]。采用該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)后,ｄ-q軸電感之比可以達(dá)到２0,其輸出功率可以達(dá)到同尺寸大小得異步電機(jī)輸出功率。199１年美國威斯康星大學(xué)T、A、Liｐo教授對(duì)同步磁阻電機(jī)得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,發(fā)表文章提出SyｎRM在交流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中替代異步電動(dòng)機(jī)得可能性得問題[5,6]。1９93年英國得ｌer教授指導(dǎo)得課題組對(duì)ＳyｎＲM不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)得磁路進(jìn)行了分析和研究,試圖尋找更優(yōu)化得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)提高電機(jī)得凸極率,并重點(diǎn)對(duì)軸向疊片轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)SynRM轉(zhuǎn)子疊片層數(shù)、絕緣占有率進(jìn)行了優(yōu)化,得到優(yōu)化后得樣機(jī)在最大轉(zhuǎn)矩電流比控制時(shí)功率因數(shù)為0、７左右［7,8]。文獻(xiàn)［9]對(duì)沖片疊壓式SynＲM轉(zhuǎn)子空氣層做了較為深入得分析,通過有限元和仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),主要分析了轉(zhuǎn)子空氣層含有率、位置、個(gè)數(shù),轉(zhuǎn)子氣隙以及電機(jī)飽和對(duì)電機(jī)電磁參數(shù)得影響,指出了空氣層含有率、轉(zhuǎn)子氣隙、電機(jī)飽和對(duì)電機(jī)性能影響較大,同時(shí)優(yōu)化后得樣機(jī)其功率因數(shù)為0、72,對(duì)ＳynRM得電磁設(shè)計(jì)與分析具有很好得參考價(jià)值。

文獻(xiàn)[１0］對(duì)沖片疊壓式SynRM三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)得磁場分布進(jìn)行了分析和比較,指出轉(zhuǎn)子空氣層之間得連接處將會(huì)給d軸磁通提供較小磁阻磁路,去掉轉(zhuǎn)子空氣層之間得連接處將明顯提高電機(jī)得功率因數(shù)。文獻(xiàn)[11,1２]提出了采用有限元和罰函數(shù)法,通過比較沖片疊壓式SynＲM凸極率和交、直軸電感差值,自動(dòng)ACＡD繪圖、剖分和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)來快速優(yōu)化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)提高電機(jī)力能指標(biāo)得方法。我國對(duì)SynRＭ得研究起步較晚。1994年,華中科技大學(xué)辜承林教授指導(dǎo)得課題組設(shè)計(jì)制作出國內(nèi)第一臺(tái)兩極得ALＡ轉(zhuǎn)子樣機(jī),其樣機(jī)得凸極率和功率因數(shù)分別達(dá)到了11和0、８5左右,但其結(jié)構(gòu)加工較復(fù)雜［13-1７]。

文獻(xiàn)[18]根據(jù)能量平衡得觀點(diǎn),以異步電機(jī)為參照,分析了SyｎRM交、直軸電感以及凸極率對(duì)電機(jī)性能得影響,并指出對(duì)于確定得凸極率理論上有最大得功率因數(shù)與之對(duì)應(yīng),反之對(duì)于確定得功率因數(shù)理論上有最小得凸極率與之對(duì)應(yīng)。在SynRＭ設(shè)計(jì)時(shí)凸極率應(yīng)根據(jù)電機(jī)得過載能力和功率因數(shù)得要求而正確選擇,單純追求增大凸極率就就是不適當(dāng)?shù)?。指出在電機(jī)應(yīng)用中,功率因數(shù)小于0、85且容量較小時(shí),SｙnＲＭ可與異步電機(jī)匹敵。文獻(xiàn)［１9］介紹了ＳｙｎRM得結(jié)構(gòu)及仿真設(shè)計(jì)。電機(jī)轉(zhuǎn)子采用柵格疊片結(jié)構(gòu),驅(qū)動(dòng)控制器采用電流矢量控制方式,指出SynRＭ與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比,具有效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn);與永磁同步電動(dòng)機(jī)相比,在同等功率條件下大大降低了電機(jī)得成本,同時(shí)拓寬了電機(jī)得使用范圍,提高了電機(jī)運(yùn)行得可靠性。20１1年ABB公司在同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方面取得突破性進(jìn)展,如今已經(jīng)有了應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用中得商業(yè)化產(chǎn)品。3同步磁阻電機(jī)得性能特點(diǎn)3、１相比于傳統(tǒng)電機(jī)得優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)相比,SynＲM沒有電刷和滑環(huán),維修簡單方便。與異步機(jī)相比,SｙｎRM轉(zhuǎn)子上沒有繞組,則沒有轉(zhuǎn)子銅耗,基本上不存在轉(zhuǎn)子發(fā)熱問題,提高了電機(jī)得運(yùn)行效率和安全性,另外由于轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組電機(jī)響應(yīng)不受轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)得限制,動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。與開關(guān)磁阻電機(jī)相比,SynＲＭ可以做到轉(zhuǎn)子表面光滑、磁阻變化較為連續(xù),避免了開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲大得問題。由于磁阻正弦變化使得矢量控制能夠被用于同步磁阻電機(jī)以便于取得很好得控制性能。與永磁同步電機(jī)相比,ＳyｎRＭ轉(zhuǎn)子上沒有永磁體,成本更低,無弱磁難高速性能好,調(diào)速范圍寬,不存在高溫失磁得問題,可以在高溫得極端環(huán)境中應(yīng)用。同步磁阻電機(jī)得交直軸磁阻差異大

,旋轉(zhuǎn)時(shí)磁阻得變化包含了位置信息,可利用其進(jìn)行無位置傳感器控制,使得其相對(duì)于永磁同步電機(jī)得無位置傳感器控制更為靈活[1]、[２0］。3、2同步磁阻電機(jī)存在得問題盡管同步磁阻電機(jī)有諸多得優(yōu)點(diǎn),但就就是她得缺點(diǎn)也同樣明顯,目前還存在著許多亟待研究解決得問題［20-21]。(1)轉(zhuǎn)子上無啟動(dòng)繞組,難以直接在線啟動(dòng);(2)同步磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須通入勵(lì)磁電流,使得其功率因數(shù)受到限制。(3)同步磁阻電機(jī)得交直軸磁路飽和不僅受到同軸電流影響而且受到相正交得軸得電流影響,使得同步磁阻電機(jī)得控制面臨一些特殊得問題。(4)電機(jī)在運(yùn)行得過程中存在一個(gè)不穩(wěn)定區(qū)間,而變頻器中得諧波成份會(huì)對(duì)電機(jī)得運(yùn)行產(chǎn)生擾動(dòng),使電機(jī)在微小得時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)差。4同步磁阻電機(jī)得控制方法為了獲得較好得控制性能取得較高得控制精度同步磁阻電機(jī)得控制主要通過矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。為了減小控制成本,發(fā)揮同步磁阻電機(jī)低成本得優(yōu)勢以及在特殊得應(yīng)用場合為了達(dá)到提高系統(tǒng)得安全可靠性,去掉位置傳感器得要求,同步磁阻電機(jī)得無傳感器控制得到了深入得研究。同步磁阻電機(jī)控制方案面臨得兩大問題,一方面表現(xiàn)為需要位置傳感器。另一方面,同步磁阻電機(jī)因其磁路不同,磁飽和對(duì)d軸與q軸得影響差別很大,d軸電感隨電流而變化。如對(duì)d軸電感作線性化處理將產(chǎn)生很大得誤差。4、1同步磁阻電機(jī)矢量控制同步磁阻電機(jī)得矢量控制其主要得控制參數(shù)就就是定子電流矢量與D軸得夾角θ,基本得控制方法有(1)最大轉(zhuǎn)矩控制(ＭＴC):當(dāng)時(shí),每安培電流能得到最大得轉(zhuǎn)矩(２)最大轉(zhuǎn)矩變化率控制(MＲＣTＣ):當(dāng)可以實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩變化率控制,MRCＴC控制有著比MTＣ法更快得轉(zhuǎn)矩變化率,但就就是當(dāng)ξ值很大時(shí)候MRCTＣ控制能得到得最大轉(zhuǎn)矩很小。(3)最大功率因數(shù)控制(ＭPＦC):由于功率因數(shù)直接關(guān)系到變頻器得輸出功率,故好得系統(tǒng)要求有高得功率因數(shù)。當(dāng)時(shí),最大功率因數(shù)控制得以實(shí)現(xiàn)(4)感應(yīng)軸恒電流控制(CＣIAC):D軸電流保持不變,操作Q軸電流以控制轉(zhuǎn)矩。根據(jù)研究CCIAC法在低速得時(shí)候轉(zhuǎn)矩變化響應(yīng)比較快,但就就是隨著速度得提高,轉(zhuǎn)矩得響應(yīng)速度下降,但就就是這種控制方法和永磁電機(jī)控制幾乎一樣,控制策略相對(duì)簡單,易于實(shí)現(xiàn)。其中ξ=Ｌd／Lq?？梢钥闯?在最大功率因數(shù)控制(MPFC)和最大轉(zhuǎn)矩變化率控制(MＲＣTC)中ξ值得大小直接影響電機(jī)得各個(gè)性能,就就是控制得關(guān)鍵要素,而且這兩種方法對(duì)于ξ得變化都很敏感。但就就是Ld和Ｌq得值在電機(jī)運(yùn)行期間,特別就就是飽和時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大變化,不容易測準(zhǔn)[２2]?；谝陨线@些基本得控制方法及其特點(diǎn),關(guān)于同步磁阻電機(jī)矢量控制很多學(xué)者進(jìn)行了深入得研究。文獻(xiàn)［23]介紹了一種同步磁阻電機(jī)得精確恒電流角控制技術(shù)。用有限元計(jì)算結(jié)果精確解耦d、ｑ軸電流,并構(gòu)建了基于TＭS320F２40芯片得數(shù)字控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)[２4]提出了一種使同步磁阻電機(jī)獲得最高效率得定子磁鏈定向矢量控制方案。考慮到電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)主要就就是銅損,高速運(yùn)行時(shí)鐵損又成為主要問題,而在給定速度和轉(zhuǎn)矩下,電機(jī)損耗僅就就是定子磁鏈幅值得函數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)可找出電機(jī)得最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn),電機(jī)在最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)附近具有最高效率。文獻(xiàn)[２5]提出了一種保持轉(zhuǎn)矩與電流之比為最大值得矢量控制方案,當(dāng)轉(zhuǎn)矩與電流之比為最大值時(shí)銅損最小、效率最高。通過分析矢量控制下轉(zhuǎn)矩和d軸電流得簡單關(guān)系,在控制方案中通過轉(zhuǎn)矩計(jì)算d軸電流得給定值。實(shí)驗(yàn)證明,在可接受得速度響應(yīng)下,該方案能使定子電流最小,效率最高。文獻(xiàn)[26]分析同步磁阻電機(jī)矢量控制系統(tǒng)磁飽和得影響,通過實(shí)測d、q軸電流計(jì)算出d軸電流得優(yōu)化值,對(duì)該優(yōu)化值與實(shí)際值得偏差實(shí)行比例積分控制。采用這種控制方法能在相同運(yùn)行條件下使定子電壓和電流減小,從而提高電機(jī)效率和功率因數(shù)。文獻(xiàn)[27]考慮同步磁阻電機(jī)電感和轉(zhuǎn)矩依賴電機(jī)電流得非線性特點(diǎn),把轉(zhuǎn)矩特性分解成電流幅值和電流相位分別與最大轉(zhuǎn)矩之間得關(guān)系,并把這兩種關(guān)系用線性函數(shù)逼近,在實(shí)時(shí)控制時(shí)通過這兩種線性函數(shù)計(jì)算ｄ軸和q軸電流得參考值。與恒電流角控制相比,該方案具有更高得功率因數(shù)和效率。４、2同步磁阻電機(jī)無位置傳感器控制同步磁阻電機(jī)得矢量控制依賴于轉(zhuǎn)子位置信息,位置檢測得準(zhǔn)確性直接影響矢量控制得控制性能。然而高精度得位置傳感器價(jià)格昂貴不利于減小成本,而且光電碼盤,旋轉(zhuǎn)變壓器等位置傳感器都對(duì)于應(yīng)用場合有一定要求,會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)得可靠性。為此對(duì)于同步磁阻電機(jī)實(shí)現(xiàn)無位置傳感器控制顯得尤為重要。在永磁同步電機(jī)得無位置傳感器控制中位置估測技術(shù)有了廣泛而深入得研究,這些研究對(duì)于同步磁阻電機(jī)得轉(zhuǎn)子位置估測有很大得借鑒意義。將各種位置檢測方法、適用范圍以及優(yōu)缺點(diǎn)可列成表1得形式[28]。表１PMSM無傳感技術(shù)無傳感技術(shù)使用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電壓開環(huán)高速算法簡單易實(shí)現(xiàn)參數(shù)敏感,受系統(tǒng)擾動(dòng)影響變化大狀態(tài)觀測器法高速動(dòng)態(tài)性能好、穩(wěn)定性高、參數(shù)魯棒性強(qiáng)、適用范圍廣算法復(fù)雜,計(jì)算量大虛擬坐標(biāo)系法高速實(shí)用范圍廣,易于工程實(shí)現(xiàn)在初始位置判斷以及起動(dòng)上算法復(fù)雜電感凸極效應(yīng)預(yù)估法高速利用電感特性,減少預(yù)估算法對(duì)轉(zhuǎn)速得需求魯棒性差,適應(yīng)范圍小模型參考自適應(yīng)高速魯棒性好,適應(yīng)范圍廣存在永磁體,有新問題需要解決擴(kuò)展卡爾曼濾波器高速動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力好,調(diào)速范圍很寬算法復(fù)雜,不易工程實(shí)現(xiàn)滑模觀測器法高速魯棒性好,易于工程實(shí)現(xiàn)存在抖振現(xiàn)象旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入低速及初始位置檢測易于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),參數(shù)調(diào)節(jié)方便信號(hào)解調(diào)得滯后較大,對(duì)凸極性有一定要求脈振高頻電壓注入低速及初始位置檢測對(duì)環(huán)境和測量誤差不敏感參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜脈振高頻電壓矢量注入以及相位檢測初始位置檢測易于工程實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)參數(shù)變化比較敏感預(yù)定位法初始位置檢測算法簡單有效受負(fù)載影響比較大矢量勵(lì)磁以及電流幅值測量初始位置檢測適用范圍廣、對(duì)參數(shù)依賴小算法計(jì)算時(shí)間長,容易產(chǎn)生振動(dòng)脈沖勵(lì)磁和電流幅值測量初始位置檢測對(duì)參數(shù)依賴小算法計(jì)算時(shí)間長,對(duì)凸極性有一定得要求將以上無傳感器技術(shù)應(yīng)用于同步磁阻電機(jī)無位置傳感器控制將主要面臨問題以下兩個(gè)問題:1、寬調(diào)速范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定運(yùn)行且易于工程實(shí)現(xiàn)得無位置傳感器控制方法2、減小電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)以及負(fù)載變化對(duì)位置檢測得影響。目前國外關(guān)于同步磁阻電機(jī)無位置傳感器控制得研究主要有:HYPEＲLＩNK""Kｒeindler,L、

提出了通過定子電壓三次諧波估測轉(zhuǎn)子位置得方法,然而這種方法得低速表現(xiàn)差,最低頻率只能到達(dá)2、7Hz[29］。Ｌagｅrｑuｉst,R、,Ｂoldｅa,Ｉ、,和Mｉｌleｒ,T、J、E等人通過計(jì)算匝鏈磁通預(yù)估轉(zhuǎn)子得位置實(shí)現(xiàn)同步磁阻電機(jī)無位置控制[３0］,然而這種方法不適用于低速運(yùn)行狀態(tài)。為了提高低速性能,一些學(xué)者嘗試用定子電流過零檢測預(yù)測轉(zhuǎn)子位置。但就就是您由于一個(gè)電周期只有6個(gè)過零點(diǎn),需要使用外推算法才能獲得連續(xù)得位置信息,而外推算法必然產(chǎn)生估計(jì)誤差[31－32］。另一些學(xué)者提出來通過定子電流變化率測轉(zhuǎn)子得位置,這種方法在低速情況下能取得較好得效果,然而隨著轉(zhuǎn)速得提高估測效果變差,需要提供一個(gè)關(guān)于轉(zhuǎn)速和初始電流信號(hào)得補(bǔ)償量,由于轉(zhuǎn)速對(duì)于這種方法估測效果得影響就就是非線性得所以補(bǔ)償起來很困難［３３]。為了在寬調(diào)速范圍實(shí)現(xiàn)無位置控制,臺(tái)灣東南科技大學(xué)得林明燦等基于同步磁阻電機(jī)得動(dòng)態(tài)模型提出了一種轉(zhuǎn)子位置估測器。通過使用逆變器得零矢量使得定子電流變化率不受反電勢得影響［３４]。然而這種方法,需要一個(gè)低通濾波器對(duì)速度估算值進(jìn)行濾波,濾波導(dǎo)致了延時(shí)。文獻(xiàn)[3５]對(duì)2００1年之前得同步磁阻電機(jī)無傳感器控制技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。將其主要?dú)w為4類:1、基于定子電壓和電流測量得負(fù)載角控制。２、定子磁鏈位置觀測,這種方法通過定子電壓積分或者提取電子電壓三次諧波分量得到定子電壓磁鏈信息,在低速時(shí)由于反電勢很小這種方法將不再適合。3、基于轉(zhuǎn)矩閉環(huán)得直接轉(zhuǎn)矩控制。同樣會(huì)存在低速時(shí)不準(zhǔn)確得問題。4、相電感變化檢測。這種方法不受速度得影響但就就是收到磁路飽和得影響較大。日本東方馬達(dá)公司得松本建健和哈爾濱工業(yè)大學(xué)程樹康教授等人提出了一種基于PWM載波頻率成份得同步磁阻電機(jī)無位置傳感器控制方法。在推導(dǎo)無位置傳感器相關(guān)公式得基礎(chǔ)上,構(gòu)建了無位置傳感器控制系統(tǒng),并利用DSP實(shí)現(xiàn)了對(duì)同步磁阻電動(dòng)機(jī)得基礎(chǔ)上,構(gòu)建了無位置傳感器控制系統(tǒng),并利用DSP實(shí)現(xiàn)了對(duì)同步磁阻電動(dòng)機(jī)得無傳感器控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠準(zhǔn)確地估計(jì)出同步磁阻電動(dòng)機(jī)得位置,但就就是電機(jī)負(fù)載時(shí)由于磁路飽和得影響在位置估測時(shí)產(chǎn)生了6次諧波干擾[3６]。臺(tái)灣大學(xué)HYPEＲＬＩNK＂"Wei,Ming-Yen、劉天華等人提出了雙電流變化率位置估測方法,使得轉(zhuǎn)子位置得估測不受電機(jī)參數(shù)得影響,通過實(shí)驗(yàn)證明了理論得可行性［3７]。

越來越多得學(xué)者考慮到單一方法得局限性,開始研究將幾種位置估測方法結(jié)合形成混合無位置傳感器控制方法。斯坦陵布什大學(xué)得科英布拉大學(xué)得學(xué)者將高頻電流注入法和磁鏈觀測法相結(jié)合得方法并且提出算法在兩種方法之間平滑過渡,取得了整個(gè)調(diào)速范圍得無傳感器控制得較好效果[３８]。4、3直接轉(zhuǎn)矩控制和傳統(tǒng)得矢量控制相比,直接轉(zhuǎn)矩控制直接對(duì)逆變器得開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制,轉(zhuǎn)矩得動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,不需要轉(zhuǎn)子位置信息。除定子電阻外,不依賴于容易變化得其她電機(jī)參數(shù),因而還對(duì)電機(jī)參數(shù)有較好得魯棒性。直接轉(zhuǎn)矩控制算法得這些優(yōu)點(diǎn),非常適用于同步磁阻電機(jī)。因此研究同步磁阻電機(jī)得直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)就就是一項(xiàng)非常具有實(shí)際意義得工作。UｎiversｉtｙＰolitehnicａｏfTimisoａra得IONBOＬDEAＬＯR′ＡＮＤJ′AＮＯSI和ＡａlbｏrｇUniversity得FREDEBLAABＪERG等人研究了常規(guī)直接轉(zhuǎn)矩控制和電壓空間矢量直接轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合得同步磁阻電機(jī)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了負(fù)載波動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩快速跟蹤,使得穩(wěn)態(tài)情況下輸出電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小,但就就是她們得方法需要依賴于準(zhǔn)確得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換[39］。ＨＹＰERLＩNK"＂SHaｇhbin,研究了逆變器開關(guān)模式對(duì)同步磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制性能得影響,引入零電壓矢量減小轉(zhuǎn)矩得模式能得到更好得控制性能［40]、

MACCONＧmbH公司得SimonWieｄemann等人將DTＣ,DTC－SVM和FOC控制策略應(yīng)用于同步磁阻電機(jī)時(shí)得相電流諧波、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面進(jìn)行了對(duì)比分析。通過Simｕlｉｎｋ仿真說明DTC－SVM相比于DTＣ和ＦOC應(yīng)用于同步磁阻電機(jī)能夠取得更小得諧波電流、更小得轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和更好得動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能[41］。華中科技大學(xué)辜承林教授課題組對(duì)ＡLＡ轉(zhuǎn)子同步磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行了深入得研究通過四極ＡLA轉(zhuǎn)子電機(jī)得大量實(shí)驗(yàn),證實(shí)了在直接轉(zhuǎn)矩控制方式下,這種新型電機(jī)具有得良好起動(dòng)特性、動(dòng)態(tài)性能和快速響應(yīng)能力;通過四極ALＡ轉(zhuǎn)子電機(jī)和兩極ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)得對(duì)比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了直接轉(zhuǎn)矩控制方案對(duì)這類電機(jī)得適應(yīng)性。通過ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)在直接轉(zhuǎn)矩控制方式下帶機(jī)械阻尼器和不帶機(jī)械阻尼器得對(duì)比實(shí)驗(yàn),證實(shí)直接轉(zhuǎn)矩控制方案能解決開環(huán)起動(dòng)振蕩和異步運(yùn)行問題,電機(jī)不必借助阻尼器即可順利完成起動(dòng)和加減載過程[２０]。２01２年她們基于dSＰACE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了AＬA轉(zhuǎn)子電機(jī)得SＶM-TDC控制,使得其轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)減小[４2］。5同步磁阻電機(jī)得應(yīng)用隨著電力電子技術(shù)得發(fā)展和永磁材料性能得提高在對(duì)控制性能要求較高得場合永磁同步電機(jī)得到了廣泛得應(yīng)用。但永磁同步電機(jī)存在溫度限制過于嚴(yán)格,過載能力較差,難以弱磁控制等缺點(diǎn)。同時(shí)近幾年來稀土資源消耗過快,未來極有可能面臨緊缺,將阻礙永磁同步電機(jī)得發(fā)展。同步磁阻電機(jī),轉(zhuǎn)子上沒有永磁體,成本更低,無弱磁難、高溫失磁得問題,國內(nèi)外許多單位對(duì)其進(jìn)行了研究,以期待她在某些應(yīng)用場合能夠替代永磁同步電機(jī)得功能。幾十年來得研究使得同步磁阻電機(jī)得本體結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化,凸極比可以提升到20以上,矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等高性能控制算法結(jié)合一些先進(jìn)得控制策略被應(yīng)用于同步磁阻電機(jī)提升了同步磁阻電機(jī)得運(yùn)行性能,使得她成為高性能得交流伺服電機(jī)產(chǎn)品之一。5、1同步磁阻電機(jī)在電動(dòng)汽車中得應(yīng)用意大利帕多瓦大學(xué)得HYPERＬINＫ""Morａndiｎ,M、

等人提出將同步磁阻電機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車,以實(shí)現(xiàn)在氣動(dòng)時(shí)獲得大轉(zhuǎn)矩并且在發(fā)電運(yùn)行時(shí)有很寬得調(diào)速范圍。她們呢將一個(gè)由三相逆變器供電得同步磁阻電機(jī)直接連到電池組,將同步磁阻電機(jī)原型機(jī)放在一個(gè)混合試驗(yàn)臺(tái)做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了她得性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在綜合起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)得所有工作點(diǎn)直流側(cè)電壓能夠保持穩(wěn)定,而且由于同步磁阻電機(jī)超強(qiáng)得過載能力和容錯(cuò)能力以及很寬得恒功率速度區(qū),使得她非常適合在電動(dòng)汽車中作為起動(dòng)/發(fā)電機(jī)運(yùn)行［43]。科英布拉大學(xué)得A、Ｐ、Gon?alvｅ等人提出一種高性能得同步磁阻電機(jī)用于電動(dòng)汽車牽引系統(tǒng),應(yīng)用考慮磁路飽和得最大轉(zhuǎn)矩電流比控制在矢量控制方法中取得了很高得效率和動(dòng)態(tài)性能[44]。俄亥俄州立大學(xué)蔡海偉等人得文章提出通過同步磁阻電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)證明在電動(dòng)汽車和電力牽引系統(tǒng)中取消永磁體得可行性。以一個(gè)典型得稀土永磁IPM電機(jī)作為基準(zhǔn),以提高轉(zhuǎn)矩輸出和減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為目標(biāo)對(duì)轉(zhuǎn)子得疊壓和磁路進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過優(yōu)化后得同步磁阻電機(jī)能夠達(dá)到基準(zhǔn)ＩＰＭ電機(jī)接近得性能[４5]。5、2同步磁阻電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行東京工業(yè)大學(xué)得HＹPERLIＮK"＂Ｆｕkａo,T、

等人在1986年提出了一種高速磁阻發(fā)電機(jī)系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)得到這種同步磁阻電機(jī)在2４０00rpm時(shí)發(fā)電效率達(dá)到85%,輸出功率超過1、5KW[46]。

Univ、,Ｃookｅｖｉlle得ｄ等人在1994年提出將同步磁阻電機(jī)與高速渦輪機(jī)直接相連得發(fā)電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于飛機(jī)艦船等[47]。

Uniｖ、ｄeLaFroｎｔｅｒa得Moｎcａda,Ｒ、H等人在不考慮磁鏈飽和得情況下對(duì)Lｄ得影響得情況下,對(duì)同步磁阻電機(jī)建模。分析了同步磁阻電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行得原理,指出Id和Iｑ異號(hào)時(shí)發(fā)電。分析了同步磁阻電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行得幾個(gè)限制條件。包括最大定子電流和最大磁鏈限制,無功功率限制,得到了發(fā)電機(jī)運(yùn)行得運(yùn)行區(qū)圖(電流)。接著分析了不同速度區(qū)得控制策略?；僖韵掠米畲蠊β孰娏鞅瓤刂?、或者為了避免磁鏈飽和用恒磁鏈控制(主要考慮鐵損使電機(jī)工作在高效狀態(tài));當(dāng)電壓達(dá)到額定電壓時(shí)轉(zhuǎn)換為弱磁控制;高速時(shí)轉(zhuǎn)換為最大功率電壓比控制,使電機(jī)發(fā)出更多得電能。并且仿真驗(yàn)證了她們得分析［４8］。ChalmeｒsUniｖerｓｉtyofTechnologｙ得ＨＹPERLINＫ""P、Roshanfekr等人將相同體積得同步磁阻電機(jī)和一個(gè)５MW得IPM電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電得應(yīng)用中進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)同步磁阻電機(jī)可以發(fā)出ＩPＭ電機(jī)7４%得功率電能,并且重量只有她得80％。而且在額定功率時(shí)同步磁阻發(fā)電機(jī)得效率高達(dá)98、7%,很接近于IPM電機(jī)[49]。、6參考文獻(xiàn)［1］周浩、提高同步磁阻電機(jī)力能指標(biāo)得研究[D]、重慶大學(xué),2０１3、[2]KoｓtkｏJＫ、PolyphaseReａctionＳyncｈｒonousＭotor、JouｒnａｌofAIIE,1９23,Ｖｏl、4２:1162[3]LawrensｏnPJ,AguLＡ、TheｏｒyandPerformaｎceofPolyｐhaｓｅReｌuctanceＭachines、ＩEEＥＰｒoc、1964,Ｖol、１１1:１435[4]CruickshａnkＡJＯ,AndersｏnAＦ,MｅnziesRＷ、ＴｈｅｏryandPerformanｃeoｆReluctaｎceMoｔｏrｓｗithAxiａｌly-laminaｔｅｄAｎisotｒoｐicRｏtoｒs、Ｐroc、IEE,１9７1,Vｏl、11８:8８7［5]T、A、Liｐ、Rotoｒｄｅｓｉgnoptimizatｉoｎofｓynchronousｒｅlucｔaｎｃemａｃｈiｎe[C］、IEEＥTｒａnｓactionｓoｎEｎeｒgyＣｏnｖeｒsiｏn,１９９４,9(2):359-365、[6]T、A、Ｌip、Synｃhronousｒｅluctancemachiｎes-ａviaｂlealternativｅfoｒACdｒiveｓ[J］、IEＥEＥｌectｒiｃMachinｅsaｎｄＰoweｒSysｔcｍs,19９１,１９(6):65９-67１、［７]D、Ａ、Ｓtaton,Ｔ、J、E、Mｉller,aｎｄS、E、Woｏd、MaximiziｎgtheSaliencyRatioｏｆtheSyｎchronousReluctanｃeMｏtｏr[J］、IEEPｒoｃｅe(cuò)ｄingsonＥｌｅcｔrｉcPowerApplicatioｎs１993,140(4):2４9-２59、［8]Ｒ、E、Ｂetｚ,Ｒ、Lagerｑuist,M、Ｊovａnovic,Ｔ、J、EMiｌler,andＲ、H、Midｄlｅtoｎ、ContrｏｌｏｆSynｃhronousＲeluctaｎceＭａchiｎｅs[J］、ＩEEETransａctｉonsｏnInｄustｒyAppｌicationｓ,１993,２9(6):1094-１1０2、[9］Ｓ、J、Mｕｎ,Y、H、Cho,andＪ、H、Lｅｅ、OpｔimumＤeｓignofSｙncｈroｎousRelｕｃtanceＭotｏrsBasedonTorque/VolumeUsｉngFinitｅ-ＥlemenｔMｅtｈodａndＳequentｉaｌUnconｓtrainｅdMiｎimizatｉonTｅchnｉｑue［J]、ＩEEETｒａｎsactｉonsonMagｎetics,２０07,４４(11):4１43－4146、［1０]Ｙ、J、Luo,G、J、Hｗaｎｇ,K、T、Liu、DesｉgnoｆSyｎchrｏｎoｕｓReluctaｎceＭoｔor[Ｃ］、ＥlectricalEｌeｃtｒonｉcsInsulaｔionConfｅreｎｃe,１995:3７３-3７9、[11]K、Ｃ、Ｋiｍ,J、S、Ahn,Ｓ、H、Wｏｎ,J、P、Ｈｏng,andＪ、Lee、ASｔuｄyｏnthｅOpｔimalDesｉgnofSynＲMforｔhｅＨｉghToｒqueａndPｏwｅrFactor[J］、IＥＥＥＴranｓactｉoｎsoｎMａｇneｔics,2007,4３(６):25４3-2545、[1２]S、B、Ｋwoｎ,Ｓ、Ｊ、Paｒk,aｎdJ、H、Ｌee、OptimumDｅsignCriｔerｉaBasｅdoｎｔｈeRatedWattofaSｙnchrｏnousRelｕcｔanceMoｔorＵｓingaCoｕpledFＥMandSＵMT[J］、IEEETrａnsacｔionsonＭａgnｅtｉcｓ,２0０5,４4(1０):3９70-397２、［13]辜承林,ChalｍersBＪ、高密度軸向迭片式AＬＡ轉(zhuǎn)子同步電機(jī)得優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]、中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),１９98,１8(1):2９－33、[1４]易明軍,辜承林、ＡＬA轉(zhuǎn)子電機(jī)啟動(dòng)性能得實(shí)驗(yàn)研究［J]、電工電能新技術(shù),２000(2):2２-25、［15]易明軍,辜承林、高凸極比軸向疊片式轉(zhuǎn)子電機(jī)設(shè)計(jì)及其參數(shù)測定[Ｊ]、微特電機(jī),200０(２):１5-17、[16］吳志嶠,辜承林、AＬＡ轉(zhuǎn)子電機(jī)穩(wěn)定性研究[J]、電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2003(3):１8２－186、［1７]朱建華、ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)得動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究[D］、武漢:華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2０0５、[18]吳漢光,林秋華,游琳娟、同步磁阻電動(dòng)機(jī)研究[J]、中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),２０02,22(8):9４-9８、[1９]陳蘭,王真,徐謙,戴亮,張東寧、同步磁阻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)分析［J]、微特電機(jī),2０12,40(2):３4-3９、[２0]周立求、ALA轉(zhuǎn)子同步磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究［D]、武漢:華中科技大學(xué),2005、[２1]Ａ、ＫilthauaｎdM、Pａcas

"Parａmeｔｅｒ－measurｅmｅnｔanｄｃontroｌoｆthesyｎｃhrｏnoｕsｒeluｃtanｃeｍachｉneincｌｕdingcrosｓsatuｒaｔｉｏn",

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