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开关磁阻电机的电流斩波控制及仿真研究

摘要

开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor，简称SRM）是继直流电机、无刷直流电机(BLDC)之后发展起来的一种调速电机类型，是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的新一代无级调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。现如今对此电机主要有三种控制策略，分别是电流斩波控制策略、角度控制策略、电压PWM控制策略，它们分别适用于不同的转速场合。

针对以上三种控制策略，本文主要研究电流斩波控制策略，首先分析了其基本原理，搭建了Matlab/Simulink下电流斩波控制策略的仿真模型，分别仿真模拟了电流斩波控制策略下SRM的运行情况，总结了控制策略的特点并进行对比。

关键词：开关磁阻电机，控制策略，Matlab/Simulink。

目录

摘要

第一章概述

1.1课题背景

1.2SRM的主要优点

1.3开关磁阻电机的现状

1.4开关磁阻发电机的特点以及未来发展前景

1.5开关磁阻电机控制策略的研究趋势

第二章开关磁阻电机的原理和结构

2.1开关磁阻电机的基本原理

2.2开关磁阻电机的基本结构和磁链方程

2.3开关磁阻电机的运行原理

2.4SR电机的运行特性

2.5主功率拓扑

2.6课题主要研究内容

第三章电流斩波控制方法的研究

3.1电流斩波控制的基本原理

3.2电流斩波控制的基本方法

3.3电流斩波控制的特点

第四章电流斩波控制仿真的研究

4.1电流斩波控制的仿真模型

4.2电流斩波控制子程序

4.3.电流斩波控制速度闭环仿真特性结果

4.4电流斩波控制速度闭环仿真特性结果分析

第五章总结与展望

5.1总结

5.2问题与解决

5.3感悟与心得

参考文献

附录

第一章概述

1.1课题背景：

纵观电气传动的发展过程，20世纪60年代以前，在需要可逆、可调速与高性能的电气传动技术领域中，直流传动系统一直占领统治地位。自60年代以后，随着电力电子学、微电子学和现代控制理论的发展，交流电气传动技术发生了日新月异的变化，特别是交流电动机矢量控制、直接转矩控制和调频调压控制理论的产生及应用技术的推广，使得交流传动具备了宽调速范围、高稳态精度、快速动态响应及四象限运行等良好技术性能，其动、静态特性完全可以和直流传动系统相媲美，于是出现了交流传动取代直流传动的趋势。但是交流传动系统也尚有一些未尽如人意之处——存在着系统复杂、价格昂贵、性能指标有待进一步提高等问题。正是在电气传动技术得到迅猛发展的时代背景下，国外于20世纪80年代推出了一种新型交流调速系统——开关磁阻电动机调速系统。

SRM的主要优点：

（1）转子由硅钢片简单的叠压而成，无绕组和永磁体，不存在高温退磁现象；定子绕组结构为集中式，绕组端部较小，工作时热能损耗主要集中于定子，冷却方式比较简单，因此SRM可运行于恶劣的环境，具有高温和高速适应性的特点。

（2）电机的各相绕组和磁路相互独立，相间耦合小，缺相可继续运行，系统的高可靠性使其适用于一些特殊的场合。

（3）电机的转矩方向只与各相通电顺序有关，与绕组电流方向无关。

（4）在宽转速范围内都具有较高的效率。

SRM在多种需要调速、高性能和高效率的场合,均能满足性能要求。它主要应用于如下领域：

（1）电动车驱动领域。SRM的启动电流小、启动转矩大，又加上可靠性高、效率高，这使得它首先应用于电动车驱动领域，也被公认为是该领域的最佳选择之一。

（2）家用电器。现今家用电器已相当普及，尤其是在多功能、智能化和节能等方面更是发展迅速，这些都离不开电气传动。现今在电冰箱、洗衣机、空调等方面都已有应用。

（3）机械传动领域。SRM良好的低电流高转矩启动性能使它在一些需要启动转矩大、低速性能好、频繁正反转的场合特别适用，像平网印花机、龙门刨床、可逆轧机等应用中都取得了良好的效果。它还可应用于一些高速传动机构和环境较为恶劣的场合。

1.3开关磁阻电机的现状：

作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单，起动转矩大，稳定性高等优点在石油，航空，电动汽车等领域得到了发展和广泛的应用。开关磁阻电机作为一种更符合现代新兴技术的电机，在各行各业和家用电器领域不断涌现，摒弃了传统电机价格高、结构复杂的缺点。特别是在航空领域，由于转子的组成不同，叠层片使其具有以下优点：在高温下能保持高速运转，易于实现电制动操作。近20年的研究表明，开关磁阻电机作为一种新型发电机具有很大的发展潜力。虽然他是最