開關磁阻電動機調速系統仿真分析
李玉巍1 全星慧2
(1大唐長山熱電廠，吉林松原131109; 2大慶石油學院，黑龍江大慶163318)
摘要：在開關磁阻電動機非線性動態模型基礎上，利用matlah／simulink軟件建立了開關磁阻電動機調速系統的仿真模型，分別在電流斬波控制和角度位置控制兩種控制方式下進行了開關磁阻電動機調速系統的動態仿真，得到了相電感、電流、轉矩和開關磁阻電動機的合成轉矩，仿真結果反映了開關磁阻電動機的實際工作狀況。
關鍵詞：開關磁阻電動機；仿真；matlab/simulink
中圖分類號：tm352 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018(2009)11-0023-03
0引 言
開關磁阻電動機調速系統(以下簡稱srd、集sr電動機與現代電力電子技術、控制技術為一體，兼有異步電動機變頻調速系統和直流電動機調速系統的優點。sr電動機的雙凸極結構以及非線性開關電源供電等特點，使得開關磁阻電機調速系統的設計和運行都與傳統電機驅動系統明顯不同[1]。
由于sr電動機本身是一個多可控量、強耦合的非線性系統，為了準確研究srd的穩態和動態特性，在sr電動機非線性數學模型的基礎上，對srd進行整體仿真是一個非常有效的手段。
matlab中的simulink是建立仿真模型的理想環境，它直觀、便捷、準確，而且matlab的工具箱為我們實現多種控制策略提供了可能。另外，使用matlab中的各種分析工具，還可以對仿真結果進行分析和可視化，研究效率提高[2]。
1 sr電動機非線性模型
sr電動機由于其雙凸極結構、磁路和電路的非線性、開關性等特點，定子繞組電流和磁通波形極不規則。但是sr電動機運行的理論與任何電磁式機電裝置運行理論本質上沒有區別，這種機電系統動態過程主要由電路方程、機械方程、機電聯系方程三部分組成。sr電動機第k相電壓平衡方程式為：
式中：uk為加于第k相繞組的電壓；rk為第k相繞組的電阻；ik為第k相繞組的電流；ψk為第k相繞組的磁鏈。一般說來，電動機的磁鏈可用電感和電流的乘積來表示，即：
sr電動機相電感的非線性是由繞組電流和轉子位置角的非線性決定的。利用傅里葉級數分解式，忽略高次諧波，得出相繞組電感為：
式中：lmax為sr電動機****電感；lmin為sr電動機最小電感。lmax,lmin容易由試驗得到其隨相電流變化的數據，只要經過有限的試驗次數就可以建立sr電動機的非線性模型。lmin可認為保持不變，lmax(i)可用多項式級數來近似表達其和相電流的函數關系，即：
考慮到matlab下的運行情況，在誤差允許的范圍內取n=3較好。
sr電動機相繞組產生的電磁轉矩為：
式中，k取1、2、3、4分別對應電動機的a、b、c、d四個相。
2 srd的simulink仿真
利用sr電動機非線性模型，在matlab／simulink環境中建立srd動態仿真模型，如圖1所示。sr電動機為四相8／6結構，功率變換電路為不對稱半橋結構，模型采用速度和電流雙閉環控制方式。
圖中給定值為參考電流，而subsystem、subsysteml、subsystem2和subsystem3代表sr電動機的a、b、c和，d四相。通過subsystem、subsysteml、subsystem2和subsystem3可分別得到各相的相電感、相電流和轉矩，通過四相轉矩的求和，就可以計算出sr電動機的總轉矩。
對sr電動機的控制采取在基速以下電流斬波控制，基速以上角度位置控制。
2.1電流斬波控制下的srd動態仿真
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