发布时间 : 星期三 文章电子论文-开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真 - 图文更新完毕开始阅读22df85b91a37f111f1855bb6
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比，则绕组电压的平均值Us将会变化，进而间接改变相绕组电流的大小，从而实现转速和转矩的调节，这就是电压斩波控制。与电流斩波控制方式类似，提高脉冲频率f?1T，则电流波形比较平滑，电机出力增大，噪声减小，但功率开关元件的工作频率增大，成本有所增加。
图3-2电压控制时的相电流波形
电压PWM控制通过调节相绕组电压的平均值，进而能间接地限制和调节相电流，因此既能用于高速调速系统，又能用于低速调速系统。电压PWM控制法虽然简单，迫调速范围较小。其它特点则与电流斩波控制方式相反，它适合于转速调节系统，抗负载扰动的动态响应快，缺点是低速运行时转矩脉动较大。
3.2本系统控制方式的确定
通过对以上几种控制方法的分析可知，不同的控制方法有不同的优点，也有不同的适用范围，对应的电动机特性差异也很大，因此选择适当的控制方式是系统设计者的重要任务。由于一般要求电动机转速范围较宽，负载转矩适用范围也较宽，为了使电动机在各种不同工作条件下均具有较好的性能指标，一般可选用几种控制方式的组合来控制系统的运行，如高速时采用角度控制，低速时采用电流斩波控制，以利于发挥二者的优点。
综合考虑3.1节几种控制方式的适用范围和优缺点，本文采用了如下的系统控制方式：高速采用变角度结合PWM电压斩波控制方式，低速采用定角度电流斩波结合PWM斩波控制方式。配合应用几种控制方式，有利于扬长避短，充分发挥各自的优势，使得电机在较宽调速范围内具有更良好的性能指标。但是，这种方法的缺点就是在中速时的过渡不容易掌握。电机中速运行时，若采用电流斩波控制，则在?off后续流过程较长，影响电机的出力和效率，并存在动态响应慢，噪声大等问题；若采用变角度控制则电流脉冲窄而尖，转矩脉动大，电流峰值也大。
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其次控制方式的切换也是个问题，若两种方式之间切换的参数值选择不好，会带来转矩的不连续，因此要注意在切换时参数的对应关系，避免存在较大的不连续转矩。一般采用一个速度滞环，在升速转换点和降速转换点间留有一定的回差，使得前者略高于后者，否则电机在该区域运行时，会经常处于控制方式切换的过程，使电动机在该速度附近运行时处于频繁地抖动，引起系统的振荡。
另外，变角度结合电压PWM控制组合也是一种很实用的控制方式。由于SR电动机的特点，所以工作时希望尽量将绕组电流波形置于电感的上升段，但是电流的建立过程和续流消失过程是需要一定时间的，当转速越高时通电区间对应的时间越短，电流波形滞后的就越多，因此通过调节开关角(一般固定?off角，使?on提前)的方法来加以纠正。在这种工作方式下，转速和转矩的调节范围大，高速和低速均有较好的电动机性能。
3.3 SR电动机起动过程分析
SR电动机的优点之一是具有良好的起动性能：起动转矩大，起动电流小，起动时间短。SR电动机由静止不动到正常运转必须经历一个起动过程，与步进电动机不同，SR电动机始终工作在有位置反馈的自同步状态，因此，SR电动机不存在步进电动机起动过程中因起动频率过高而引起失步导致起动失败的问题。SR电动机的起动比较简单，无需辅助设备，研究表明，三相或三相以上的SR电动机可在任意转子位置正、反方向起动。
在起动瞬间，??0，故旋转电动势为零，若加额定电压Us直接起动，相电流将过大，由此产生的过大动态冲击转矩可能会损坏电动机和传动机构，因此必须在起动期间采用诸如3.1.2节所介绍的电流斩波控制方式限制起动电流的幅值。
对于用四相8/6极SR电动机，有两种起动方式可供选择：单相绕组通电起动方式和双相绕组同时通电起动方式。
3.3.1单相起动方式
在电动机的起动过程中，任一瞬时，SR电机的绕组只有一相绕组通电产生转矩，这种起动方式便称之为单相起动方式。
显然，转子处于不同的位置，并且给不同的相通电，所获得的起动转矩大小
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及方向都是不一样的。如图3-3所示，将各相转子的位置角?的参考坐标统一取在A相最小电感处，将A、B、C、D四相绕组通电的矩角特性画在一起。
图3-3单相起动运行四相SR电动机合成转矩波形
由上图不难看出，各相转矩曲线互相重叠，在任意转子位置上都有起动转矩。由于电机转子初始位置不同，起动转矩大小也不一样。假设A、D相中相绕组导通产生的起动转矩相同，且此时为正向转矩，电机为正转向，如要改变电机起动转向，应给B、C相中任一相绕组通电，产生反向转矩。由图可知这种单相起动方式的最小起动转矩为相邻两相矩角特性交点?s处的转矩，显然，加在SR电动机转轴上的总负载转矩必须小于最小起动转矩，电动机才可能在任意位置都能起动，否则便会出现“起动死区”。因此，最小起动转矩代表了SR电动机带负载起动能力的极限。电动机的最小起动转矩值不仅与起动电流、相邻相绕组矩角特性重叠有关，而且与矩角特性的波形有关。
3.3.2双相起动方式
在电动机的起动过程中，任一瞬时，SR电机的绕组会有两相同时通电，这种起动方式便称之为双相起动方式。
如果起动时SR电机两相绕组同时导通，则起动转矩由两相绕组共同产生。忽略相间磁祸合和磁路饱和的影响，起动转矩可根据各相矩角特性线形相加，如图3-4。
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图3一4双相起动运行四相SR电动机合成转矩波形
显然，采用双相起动时转矩波动明显减小，平均转矩增大，两相起动时的最小转矩等于一相起动时的最大转矩。与单相起动方式相比，带负载起动能力明显增强了；而且，两相起动方式的最大起动转矩与最小起动转矩比值减小，所以起动过程较平稳；再者，若负载转矩一定，双相起动的电流幅值明显小于单相起动的电流幅值，降低了主开关管的电流容量要求，减少了系统成本。在任意转子位置，两相起动的转矩均比较一致，产生的电流冲击和机械冲击比较小，起动性能明显优于一相起动。
通过以上对电机起动方式的分析可见，双相起动的优点非常明显，对于提高电机的容量，减小转矩波动有着重要意义。同时，对于单边磁拉力引起的噪声也有一定的降低，对于本课题的四相电机来说，若在运行中有两相绕组同时通电，则相当于一相绕组运行时产生的单边磁拉力分解成不同圆周角度上的两部分力，故而对径向磁拉力引起的噪声的降低也有一定的贡献。
3.4 SR电动机运行噪声分析
SR电动机运行时的噪声和振动严重制约了SR电动机的应用和发展。与传统电机一样，SR电机的噪声主要由三大部分组成：机械噪声、空气动力噪声和电磁噪声。
理论分析和实验研究表明，机械噪声主要源于机械部件的质量，好的电机这方面的噪声是比较小的，机械噪声可以通过提高制造质量予以控制。空气动力噪声由电机内的冷却风扇产生，主要由风扇的型式、风叶和通风道及进出口的结构设计决定，该噪声占整个噪声的比例一般是比较小的。电磁噪声是SR电机噪声的主要组成部分，转子径向的单边磁拉力和转矩波动是噪声的主要来源，尤其是
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