汽車起動 - 發(fā)電系統(tǒng)用開關(guān)磁阻電機起動性能分析-

1、設(shè)計與研究D ESIGN ”RESEARCH汽車起動 發(fā)電系統(tǒng)用開關(guān)磁阻電機起動性能分析收稿日期:2004-05-25江蘇省教育廳高新技術(shù)推廣項目劉強,全力,蘇寶平,張磊,仲文才(江蘇大學(xué),電氣與信息工程學(xué)院,江蘇,鎮(zhèn)江212013摘要:介紹了一種新型六相12 10極開關(guān)磁阻電機,并對其起動性能做了仿真分析,還與普通三相6 4極SRM 的起動性能作了比較,得出12 10極SRM 在起動性能方面的優(yōu)越性,得出了相數(shù)對SRM 起動性能的影響。關(guān)鍵詞:開關(guān)磁阻電動機;仿真;起動性能;相數(shù)中圖分類號:TM 352文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-6848(200502-0016-03Start -p

2、erfor mance ana lysis of the Sw itched Reluctance M otor usi ng i n ISAD syste mL 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 1210po les

3、.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 eluct

4、ance M o to r ;si m u lati on ;start -perfo rm ance ;num bers of phase0引言開關(guān)磁阻起動 發(fā)電機在汽車ISAD (汽車起動 發(fā)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用是近幾年來才開始出現(xiàn)的一個新的發(fā)展方向。ISAD 系統(tǒng)要求汽車起動機在起動時的最小合成起動轉(zhuǎn)矩要大于汽車發(fā)動機的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。文中介紹了仿真分析,還與普通的3相6 4極SR 電機的起動性能做了比較,得出相數(shù)對開關(guān)磁阻電動機起動性能影響。16相12 10極SRM 基本方程開關(guān)磁阻電機每一相的電壓平衡方程為:d 7i (,I i d t+R I i =U i =1,2,3,4,5,61

5、當(dāng)排除了飽和及互感的影響,每一相的磁鏈可由線性方程得到:7i (,I i =L (I i 2SRM 6相總的磁能由下式求得:Wto tal=126i=1L (+(n -i -1s I 2i3電機總的轉(zhuǎn)矩為:T =126i =1d L (-(n -i -1s d I 2ii =1,2,4,5,64機械方程為:J d d t=T e -T l -f 5式中,T l 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩,f 為電機的摩擦系數(shù)。2仿真分析過程圖1是利用M A TLAB S I M U L I N K 對SRM 進(jìn)行動態(tài)仿真的主模塊。該模塊由6個相子模塊組成。由這6相產(chǎn)生的相轉(zhuǎn)矩合成為總轉(zhuǎn)矩。根據(jù)上面的機電方程就可以計算出角速度

6、,通過積分可以得到角度。基于所建立的仿真模型,選擇了6相12 10極SRM 的關(guān)斷角off =18°,滯環(huán)寬度為1.0A 初始位置角=1.1°。圖2給出了開通角on =2°時的仿真結(jié)果。從圖2b 可以看出相電流在進(jìn)入電感上升區(qū)間的時候電流值就已經(jīng)達(dá)到了參考電流,并且在最小電感區(qū)域就已經(jīng)斬波很多波。由于隨著速度的增加,反電動勢越來越大,當(dāng)主開關(guān)器件關(guān)斷時,電流的下降速度變慢,進(jìn)入電感減小的區(qū)域,所以就產(chǎn)生了負(fù)轉(zhuǎn)矩,這從圖2c 就可以得出。從圖2d 可知轉(zhuǎn)矩可以在很短的時間內(nèi)迅速上升到一個大的范圍,并且61微電機2005年第38卷第2期(總第142期轉(zhuǎn)矩的脈動比較小。

7、這也反映在轉(zhuǎn)速的響應(yīng)曲線上,如圖2a 所示,電機起動過程中轉(zhuǎn)速上升得很快,在不到0.1秒之內(nèi)就可以得到100rad s 的速度,而且速度曲線比較平滑 。圖1SRM 動態(tài)仿真框圖a b c d 圖26相12 10極電機的起動仿真結(jié)果為了研究相數(shù)對開關(guān)磁阻電動機性能的影響,對一臺3相6 4極SRM 的起動性能做了也做了仿真分析。參數(shù)選擇如下:on =0°,關(guān)斷角分別為off =25°,30°40°45°,斬波電流I ref =20A ,電流滯環(huán)寬度為1.0A 。仿真結(jié)果如圖3所示。與圖2的仿真結(jié)果相比,可以明顯地看出在初始起動的一個短的時間內(nèi),3相

8、6 4極SR 電機的速度曲線的波動非常大,其起動性能比較好運行點應(yīng)該是off =40°,45°時,但是總的起動性能仍不如6相12 10極電機。同時從起動過程中合成轉(zhuǎn)矩的曲線可以看出3相6 4極SR 電71汽車起動 發(fā)電系統(tǒng)用開關(guān)磁阻電機起動性能分析劉強全力蘇寶平等機的合成轉(zhuǎn)矩脈動要比6相12 10極大得多。這也可以說明開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因。從上面的仿真結(jié)果可知相數(shù)越多,轉(zhuǎn)矩的脈動就越小,并且起動性能會變好。這是因為相數(shù)越多,轉(zhuǎn)子的步進(jìn)角就越小,可以同時異通的相就越多。對于3相6 4極結(jié)構(gòu)的電機最多可以有兩相同時通電,而且相與相同時導(dǎo)通的區(qū)域很小,由此導(dǎo)致合成轉(zhuǎn)矩

9、脈動的增大。而對于6相12 10結(jié)構(gòu)的電機,步進(jìn)角僅為6°,它的一個轉(zhuǎn)子角周期為36°,因此最多可同時有三相繞組通電,并且同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的區(qū)域比較廣。從這一點來說,6相12 10極SR 電機的起動性能要比6 4極優(yōu)越很多 。a b c d 圖3三相6 4極SR 電機的起動信真結(jié)果3總結(jié)本文對6相12 10極SR 電機起動性能做了仿真分析,并與3相6 4極SR 電機的起動性能做了比較,得出了相數(shù)的不同對SR 電機起動性能的影響。從仿真結(jié)果可以看出相數(shù)的增大在很大程度上提高了電機的最小起動轉(zhuǎn)矩,增大了負(fù)載能力,同時減少了波動,改善了起動性能。對于3相和6相SR 電機來說,在需要得到相同起動轉(zhuǎn)矩的情況下,6相電機所需的起動電流(母線電流只有3相電機的一半不到?？梢哉J(rèn)為,相數(shù)的增大對SR 電機起動性能的改善是十分有利的。參考文獻(xiàn)1王宏華.開關(guān)磁阻電機調(diào)速控制系統(tǒng)M .北京:機械工業(yè)出版社,19952吳建華.開關(guān)磁阻電機設(shè)計與應(yīng)用M .北京:機械工業(yè)出版社,20003蘇保平.開關(guān)磁阻電動機的起動性能與無位置傳感器的研究D .江蘇大學(xué)碩士論文,20044姚國飛.開關(guān)磁阻電動機起動性能的理論研究與實踐D .南京航空航天大學(xué)碩士論文,20045S .R .M ac m inn ,J .M .Sem ber .Con tro l of a Sw itchedR eluctan