开关磁阻电机角度位置控制参数优化研究
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计 ， 果表 明 ： 的开关 角配 置可 以使 电机 的性 能达到 最优 ， 高 系统 的整 体性 能． 结 好 提 关 键词 ：开 关磁 阻电动机 ； 整体 特性 ； 开通 角 ； 断角微 处理 器单 元 ； 时性 ； 真 关 实 仿 中图分 类号 ：Ｔ ５ Ｍ３ ２ 文献标 识码 ：Ａ 文 章编号 ：１ ７ —１ ９ ２ １ ） ４ ０ １ －０ ６ １ １ Ｘ（０ １ ０ － ０ ３ ４
％ 以 ８
数 的方 法来 提高 系统 的整 体性 能．
图 ２ ＡＰ Ｃ方式 下典 型相 电流波形
收 稿 日期 ｔ０ １ ７ ０ ２ １ —０ —１
作 者 简 介 ｔ 彦 宇 （９ １ ， ， 师 ， 究方 向 ； 气 自动 化． 张 １８ 一） 男 讲 研 电
１ ４
湖南工 程学 院学报
Ｏ 引 言
开关 磁阻 电机 （ 以下简 称 Ｓ Ｄ） Ｒ 由磁 阻 电机 （ 简
１ Ｓ 电机 的 可 控 参 数 Ｒ
ｍ 相 Ｓ 电机 平 均转矩 解 析式为 Ｒ ］
称Ｓ ＲＭ） 功率变 换器 、检测 器及 控制 器组 成 ， 一 、 是
种 典 型的 机电一体 化 系 统 ， 有 优 良的调 速 性 能 和 具 运 行效 率 ， 而且 可控 参 数 多 ， 制 灵 活． １是 ８ ６ 控 图 ／
式： ｒ一 ≤ （ ・ ） ， Ｎ 设置 为． ：
Ｐ ＝５ ５ｋ ， Ｎ １ ０ ／ ｉ ， ＝ ４ ０Ｖ，Ｎ Ｎ ． Ｗ Ｑ ＝ ９ ０ｒｒ ｎ ＵＮ ６ Ｊ ａ
一
３ ， ２Ａ
＝８ Ａ ， ｑ一 ４，Ｎ 。 ８， ｒ＝ ６， 一 Ｎ Ｌｕ一 １ ０
极 Ｓ Ｍ 的基本 结构 ． Ｒ
Ｔ一 ≥ 曲ｍ （ ） ％一
［ｉ鹣 ｘ ２ 一 Ｌ 一Ｌ ） Ｌ］ （
电压 ， 开通角 以及关 断角
（ １ ）
只要改 变其 中一
式 中 ， 为 电源 相 绕组 电压 ， ｒ Ｏ 为旋 转 角 速度 ， Ａ Ｎｒ 为转子极数． 由此可知 Ｓ Ｄ的可控参 数有相 绕组 Ｒ 个或 两个 参 数 ， 可 以改 变 电机 的转 矩 ， 现 Ｓ 便 实 Ｒ电 机的调速． 持相 绕组 两 端 的电压 不 变 ， 保 主要 通过 调 节Ｓ Ｒ电机的主开关器 件 的导通 角度 ， 即开通 角 和
一
般 以下面 两条 为 目标进 行参 数 的优化．
图 ４ Ｓ 电 机本 体 模 型 Ｒ
（ ） 持转矩 的连续 性与 减小转 矩 的脉动 ， 电 １保 相 流峰 值不应 过高 ， 流最 好 在 一个 较 大 范 围 内维 持 电
恒定 ． 般在 Ｓ Ｄ 的 设 计 中开 关 角 配 置 应 满 足 下 一 Ｒ
示． 根据相 电流的 波形 及规 律 ， 电动 运行 时开 通角 与 关断角应 满足 以下基 本 条 件 ： ≤ ≤ ， ≤ ，≤ ，
．
和槽 ， 成双 凸极 结构 ． 构 定子 圆周 上相 对 的两个 凸极
上 的绕 组 串联成 为一相绕 组 ， 当某 相绕 组通 电 ， 产 将
生 一个 磁 阻转矩 ， 图使 邻 近 的 转子 凸极 与定 子 该 力 相 绕组 轴线 相重 合 ， 按一 定 的规律 通断定 子 绕组 ， 可 使 转子 连续 转 动 ， 变 绕 组 的通 电顺 序 ， 机将 反 改 电 转． 由于 Ｓ 电机 的双 凸极 结构 及 磁 路 严 重 的 非 线 Ｒ 性， 导致 电机 转矩 脉动及 噪音 大 ， 是通 过优 化设 计 但 及 参数 控制 ， 以使 Ｓ 电 机 的 噪声 及 转 矩 脉 动 降 可 Ｒ 到Ｐ ＷＭ 控制 的异 步 电机 的水 平． 文通 过 优 化 参 本
关断角 ｒ的值 ， ， 实现转 矩和转速调节 目的， 称为 角度
位置控 制 （ 简称 Ａ Ｃ ， 型 的 相 电流 波形 如 图 ２所 Ｐ ）典
图 １ ８ ６极 Ｓ ／ ＲＭ 结 构 图
Ｓ Ｍ 的定 子和转 子铁 芯是 由硅 钢片 迭 装 而成 ， Ｒ 在定 子铁 芯 内圆周和转 子铁 芯外 圆周 均匀 分 布有齿
２ １ 年 ０１
２ Ｓ 电机 与 ０ 的 优 化 Ｒ ， ，
２ １ 开关 角配置 的基本 原则 ． 大量研 究 表 明 ， ＲＤ 系统 的 出力 、 率 及 振 动 Ｓ 效
等性 能 指标 都 与开 通角 和关 断角 ｒ密切 相 关 ， ，
所 以必须对 这两个 参 数 进行 最 优 选 择 与设 计 ． 组 一 好 的开关角 配置可 以提 高 电机 的运 行性 能 ， 高 系 提 统 的性能价 格 比．
ｍＨ ， Ｌａ一 １ ０ ｍ Ｈ ， 一 １ ０ ａ 一 ０ ５ ｒ ｄ， 一 １ ． ５ ｒ ｄ， ．３ ａ
０ ４ ａ 一 ０ ０ ４ ｒ ｄ， ０ ０ １ ｇ ・ｍ。 ． ２ｔ ｄ， ． ０ ａ Ｊ一 ． ０ ６ ｋ
式 中 ： 电机 的相数 ； 一 Ｎ一 电机的 极数． （ ） 出功 率 最 大 ： Ｒ 是 机 电一 体 化 调 速 系 ２输 ＳＤ
张彦 宇 ， 树 华 ， 华柏 段 李
（ 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 ， 洲 ４ ２０ ） 湖 株 １ ０ １
摘 要 ：角度位 置控制 是 开关磁 阻 电机 最基本 的控制 方 式 ， 开 关磁 阻 电机 的 开通 角与 关断 角这 两个 对
参数及 其运行 特性进 行 了分析 ， 以 ８ ６结 构 的 Ｓ Ｄ 为例 ， 并 ／ Ｒ 通过 理论 分 析 及 仿 真研 究对其进 行 优 化设
第 ２ １卷 第 ４期
２１ ０ １年 １ ２月
湖 南 工 程
学 院 学 报
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ４ １ ２． ．
Ｄｅ ． ０１１ ｃ２
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｏ ｒ ａ ｆＨ ｎ ｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＥｎ ｉｅ ｒｎ ｔ
开关 磁 阻 电机 角 度 位 置控 制参数 优 化 研 究
％ 以 ８
数 的方 法来 提高 系统 的整 体性 能．
图 ２ ＡＰ Ｃ方式 下典 型相 电流波形
收 稿 日期 ｔ０ １ ７ ０ ２ １ —０ —１
作 者 简 介 ｔ 彦 宇 （９ １ ， ， 师 ， 究方 向 ； 气 自动 化． 张 １８ 一） 男 讲 研 电
１ ４
湖南工 程学 院学报
Ｏ 引 言
开关 磁阻 电机 （ 以下简 称 Ｓ Ｄ） Ｒ 由磁 阻 电机 （ 简
１ Ｓ 电机 的 可 控 参 数 Ｒ
ｍ 相 Ｓ 电机 平 均转矩 解 析式为 Ｒ ］
称Ｓ ＲＭ） 功率变 换器 、检测 器及 控制 器组 成 ， 一 、 是
种 典 型的 机电一体 化 系 统 ， 有 优 良的调 速 性 能 和 具 运 行效 率 ， 而且 可控 参 数 多 ， 制 灵 活． １是 ８ ６ 控 图 ／
式： ｒ一 ≤ （ ・ ） ， Ｎ 设置 为． ：
Ｐ ＝５ ５ｋ ， Ｎ １ ０ ／ ｉ ， ＝ ４ ０Ｖ，Ｎ Ｎ ． Ｗ Ｑ ＝ ９ ０ｒｒ ｎ ＵＮ ６ Ｊ ａ
一
３ ， ２Ａ
＝８ Ａ ， ｑ一 ４，Ｎ 。 ８， ｒ＝ ６， 一 Ｎ Ｌｕ一 １ ０
极 Ｓ Ｍ 的基本 结构 ． Ｒ
Ｔ一 ≥ 曲ｍ （ ） ％一
［ｉ鹣 ｘ ２ 一 Ｌ 一Ｌ ） Ｌ］ （
电压 ， 开通角 以及关 断角
（ １ ）
只要改 变其 中一
式 中 ， 为 电源 相 绕组 电压 ， ｒ Ｏ 为旋 转 角 速度 ， Ａ Ｎｒ 为转子极数． 由此可知 Ｓ Ｄ的可控参 数有相 绕组 Ｒ 个或 两个 参 数 ， 可 以改 变 电机 的转 矩 ， 现 Ｓ 便 实 Ｒ电 机的调速． 持相 绕组 两 端 的电压 不 变 ， 保 主要 通过 调 节Ｓ Ｒ电机的主开关器 件 的导通 角度 ， 即开通 角 和
一
般 以下面 两条 为 目标进 行参 数 的优化．
图 ４ Ｓ 电 机本 体 模 型 Ｒ
（ ） 持转矩 的连续 性与 减小转 矩 的脉动 ， 电 １保 相 流峰 值不应 过高 ， 流最 好 在 一个 较 大 范 围 内维 持 电
恒定 ． 般在 Ｓ Ｄ 的 设 计 中开 关 角 配 置 应 满 足 下 一 Ｒ
示． 根据相 电流的 波形 及规 律 ， 电动 运行 时开 通角 与 关断角应 满足 以下基 本 条 件 ： ≤ ≤ ， ≤ ，≤ ，
．
和槽 ， 成双 凸极 结构 ． 构 定子 圆周 上相 对 的两个 凸极
上 的绕 组 串联成 为一相绕 组 ， 当某 相绕 组通 电 ， 产 将
生 一个 磁 阻转矩 ， 图使 邻 近 的 转子 凸极 与定 子 该 力 相 绕组 轴线 相重 合 ， 按一 定 的规律 通断定 子 绕组 ， 可 使 转子 连续 转 动 ， 变 绕 组 的通 电顺 序 ， 机将 反 改 电 转． 由于 Ｓ 电机 的双 凸极 结构 及 磁 路 严 重 的 非 线 Ｒ 性， 导致 电机 转矩 脉动及 噪音 大 ， 是通 过优 化设 计 但 及 参数 控制 ， 以使 Ｓ 电 机 的 噪声 及 转 矩 脉 动 降 可 Ｒ 到Ｐ ＷＭ 控制 的异 步 电机 的水 平． 文通 过 优 化 参 本
关断角 ｒ的值 ， ， 实现转 矩和转速调节 目的， 称为 角度
位置控 制 （ 简称 Ａ Ｃ ， 型 的 相 电流 波形 如 图 ２所 Ｐ ）典
图 １ ８ ６极 Ｓ ／ ＲＭ 结 构 图
Ｓ Ｍ 的定 子和转 子铁 芯是 由硅 钢片 迭 装 而成 ， Ｒ 在定 子铁 芯 内圆周和转 子铁 芯外 圆周 均匀 分 布有齿
２ １ 年 ０１
２ Ｓ 电机 与 ０ 的 优 化 Ｒ ， ，
２ １ 开关 角配置 的基本 原则 ． 大量研 究 表 明 ， ＲＤ 系统 的 出力 、 率 及 振 动 Ｓ 效
等性 能 指标 都 与开 通角 和关 断角 ｒ密切 相 关 ， ，
所 以必须对 这两个 参 数 进行 最 优 选 择 与设 计 ． 组 一 好 的开关角 配置可 以提 高 电机 的运 行性 能 ， 高 系 提 统 的性能价 格 比．
ｍＨ ， Ｌａ一 １ ０ ｍ Ｈ ， 一 １ ０ ａ 一 ０ ５ ｒ ｄ， 一 １ ． ５ ｒ ｄ， ．３ ａ
０ ４ ａ 一 ０ ０ ４ ｒ ｄ， ０ ０ １ ｇ ・ｍ。 ． ２ｔ ｄ， ． ０ ａ Ｊ一 ． ０ ６ ｋ
式 中 ： 电机 的相数 ； 一 Ｎ一 电机的 极数． （ ） 出功 率 最 大 ： Ｒ 是 机 电一 体 化 调 速 系 ２输 ＳＤ
张彦 宇 ， 树 华 ， 华柏 段 李
（ 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 ， 洲 ４ ２０ ） 湖 株 １ ０ １
摘 要 ：角度位 置控制 是 开关磁 阻 电机 最基本 的控制 方 式 ， 开 关磁 阻 电机 的 开通 角与 关断 角这 两个 对
参数及 其运行 特性进 行 了分析 ， 以 ８ ６结 构 的 Ｓ Ｄ 为例 ， 并 ／ Ｒ 通过 理论 分 析 及 仿 真研 究对其进 行 优 化设
第 ２ １卷 第 ４期
２１ ０ １年 １ ２月
湖 南 工 程
学 院 学 报
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ４ １ ２． ．
Ｄｅ ． ０１１ ｃ２
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｏ ｒ ａ ｆＨ ｎ ｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＥｎ ｉｅ ｒｎ ｔ
开关 磁 阻 电机 角 度 位 置控 制参数 优 化 研 究