汽车起动 - 发电系统用开关磁阻电机起动性能分析-.doc

设计与研究・D ESIGN ”RESEARCH 汽车起动 发电系统用开关磁阻电机起动性能分析 收稿日期2004-05-25 江苏省教育厅高新技术推广项目 刘强,全力,苏宝平,张磊,仲文才 江苏大学,电气与信息工程学院,江苏,镇江 212013 摘 要介绍了一种新型六相12 10极开关磁阻电机,并对其起动性能做了仿真分析,还与普通三相6 4极SRM 的起动性能作了比较,得出12 10极SRM 在起动性能方面的优越性,得出了相数对SRM 起动性能的影响。关键词开关磁阻电动机;仿真;起动性能;相数 中图分类号TM 352 文献标识码A 文章编号1001-6848200502-0016-03 Start -perfor mance ana lysis of the Sw itched Reluctance M otor usi ng i n ISAD syste m L I U Q iang ,QU AN L i ,SU B ao -p ing ,ZHAN G L ei ,ZHON G W en -cai J iangsu U n iv .Zhen jiang ,212013,Ch ina Abstract In th is paper w e in troduce a new type Sw itched R eluctance M o to r w h itch has 12 10po les .T hen w e ab tain the start perfo rm ance of the SRM th rough si m u lati on .Compare w ith the general SRM w h itch has 6 4po les w e can ob tain the m erits of 12 10SRM .T hem w e discu ss the num bers of phase w h itch can influence the start -perfo r -m ance of SRM . Key words Sw itched R eluctance M o to r ;si m u lati on ;start -perfo rm ance ;num bers of phase 0 引 言 开关磁阻起动 发电机在汽车ISAD 汽车起动 发电一体化系统中的应用是近几年来才开始出现的一个新的发展方向。ISAD 系统要求汽车起动机在起动时的最小合成起动转矩要大于汽车发动机的最大负载转矩。文中介绍了仿真分析,还与普通的3相6 4极SR 电机的起动性能做了比较,得出相数对开关磁阻电动机起动性能影响。 1 6相12 10极SRM 基本方程 开关磁阻电机每一相的电压平衡方程为d 7i Η,I i d t R I i U i {1,2,3,4,5,6}[1]当排除了饱和及互感的影响,每一相的磁链可由线性方程得到 7i Η,I i L ΗI i [2]SRM 6相总的磁能由下式求得 W to tal 1 2 ∑6 i1 L Η n -i -1Ηs I 2 i [3] 电机总的转矩为 T 12 ∑6 i 1 d L Η-n -i -1Ηs d Η I 2 i i {1,2,4,5,6} [4] 机械方程为 J d Ξ d t T e -T l -f Ξ[5] 式中,T l 为负载转矩,f 为电机的摩擦系数。 2 仿真分析过程 图1是利用M A TLAB S I M U L I N K 对SRM 进行动态仿真的主模块。该模块由6个相子模块组成。由这6相产生的相转矩合成为总转矩。根据上面的机电方程就可以计算出角速度,通过积分可以得到角度。 基于所建立的仿真模型,选择了6相12 10极 SRM 的关断角Ηoff 18 ,滞环宽度为1.0A 初始位置角Η1.1。图2给出了开通角Ηon 2 时的仿真结果。从图2b 可以看出相电流在进入电感上升区间的时候电流值就已经达到了参考电流,并且在最小电感区域就已经斩波很多波。由于随着速度的增加,反电动势越来越大,当主开关器件关断时,电流的下降速度变慢,进入电感减小的区域,所以就产生了负转矩,这从图2c 就可以得出。从图2d 可知转矩可以在很短的时间内迅速上升到一个大的范围,并且 61微电机 2005年 第38卷 第2期总第142期 转矩的脉动比较小。这也反映在转速的响应曲线上, 如图2a 所示,电机起动过程中转速上升得很快,在 不到0.1秒之内就可以得到100rad s 的速度,而且速度曲线比较平滑 。 图1 SRM 动态仿真框图 a b c d 图2 6相12 10极电机的起动仿真结果 为了研究相数对开关磁阻电动机性能的影响, 对一台3相6 4极SRM 的起动性能做了也做了仿真分析。参数选择如下Ηon 0,关断角分别为Ηoff 25,304045,斩波电流I ref 20A ,电流滞环宽度为1.0A 。仿真结果如图3所示。与图2的仿真结果相 比,可以明显地看出在初始起动的一个短的时间内, 3相6 4极SR 电机的速度曲线的波动非常大,其起动性能比较好运行点应该是Ηoff 40,45时,但是总的起动性能仍不如6相12 10极电机。同时从起动过程中合成转矩的曲线可以看出3相6 4极SR 电 71汽车起动 发电系统用开关磁阻电机起动性能分析 刘强 全力 苏宝平等 机的合成转矩脉动要比6相12 10极大得多。这也可以说明开关磁阻电动机转矩脉动产生的原因。 从上面的仿真结果可知相数越多,转矩的脉动就越小,并且起动性能会变好。这是因为相数越多,转子的步进角就越小,可以同时异通的相就越多。对于3相6 4极结构的电机最多可以有两相同时通 电,而且相与相同时导通的区域很小,由此导致合成 转矩脉动的增大。而对于6相12 10结构的电机,步进角仅为6,它的一个转子角周期为36,因此最多可同时有三相绕组通电,并且同时产生转矩的区域比较广。从这一点来说,6相12 10极SR 电机的起动性能要比6 4极优越很多 。 a b c d 图3 三相6 4极SR 电机的起动信真结果 3 总 结 本文对6相12 10极SR 电机起动性能做了仿 真分析,并与3相6 4极SR 电机的起动性能做了比较,得出了相数的不同对SR 电机起动性能的影响。从仿真结果可以看出相数的增大在很大程度上提高了电机的最小起动转矩,增大了负载能力,同时减少了波动,改善了起动性能。对于3相和6相SR 电机来说,在需要得到相同起动转矩的情况下,6相电机所需的起动电流母线电流只有3相电机的一半不到。可以认为,相数的增大对SR 电机起动性能的改善是十分有利的。 参考文献 [1] 王宏华.开关磁阻电机调速控制系统[M ].北京机械 工业出版社,1995 [2] 吴建华.开关磁阻电机设计与应用[M ].北京机械工 业出版社,2000 [3] 苏保平.开关磁阻电动机的起动性能与无位置传感器 的研究[D ].江苏大学硕士论文,2004 [4] 姚国飞.开关磁阻电动机起动性能的理论研究与实践 [D ].南京航空航天大学硕士论文,2004 [5] S .R .M ac m inn ,J .M .Sem ber .Con tro l of a Sw itched R eluctance A ircrafeEngie O ver a V ery W ide Speed Pange [J ].P roceedings’89,19891631 638作者简介刘 强,男,1979-,山东潍坊人,硕士研究生,主要研究方向为汽车用开关磁阻起动 发电机的研究。 81微电机 2005年 第38卷 第2期总第142期