開關磁阻電機起動運行特性分析與控制策略研究
景紹學1，韋劍強2
(1．淮安信息職業技術學院電氣工程系，淮安223003；2．東陽市東政電機有限公司，東陽322100)
摘要：開關磁阻電機采用的是非線性電路和非線性控制策略，因此其起動性能的分析和相應控制策略的研究顯得至關重要。文章以1臺三相6/4結構開關磁阻電機為研究對象，建立了起動運行狀態下的數學模型；簡述了開關磁阻電機的調速控制方法；最后分別對其在低速、中速和高速情況下的運行特性進行了仿真分析，并確定了各階段相應的控制策略。
關鍵詞：開關磁阻電機；工作原理；數學模型；性能分析；控制策略
中圖分類號：tm352; tm359.9 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848{ 2010）05-0031-04
0引言
與傳統的交流電機不同，開關磁阻電機采用雙凸極鐵心結構，并且只在定子上安裝勵磁繞組。繞組電流的非正弦與鐵心磁通密度的高飽和是開關磁阻電機運行的兩個特點；另外，開美磁阻電機控制參數多，控制靈活，相電流波形隨著電動機工作狀態的不同而變化，無法得到簡單、統一數學模型及解析式。因此，為了使開關磁阻電機起動系統在很寬起動范圍內運行且具有良好起動特性，必須對開關磁阻電機起動特性進行分析，并對其相應控制方法進行研究，從而確定系統的優化控制方案。
以目前廣泛應用的三相6/4結構開關磁阻電機為例，其截面如圖1所示。
開關磁阻電機在起動過程中(設開通區間為o度~ 45度)，根據位置檢測器發出的信號，周期地導通關斷各主開關，給定子繞組通電，以產生磁阻轉矩。如圖2所示位置信號，其導通規律為ac -a-ab-b-bc-c，三相6/4結構開關磁阻電機為三相六拍工作制，即單相／雙相輪流工作。
在電機初始起動瞬間，定轉子的相對位置不同，各位置檢測器所發出的高低電平組合也各不相同，促使主開關管有一相或兩相導通，可得：
由于堵轉狀態w =0，因此有：
由上式可以看出，定轉子位置不同，而不相同，但是i很快上升至上限值imax產生堵轉轉矩（初始起動轉矩）。
為了簡化分析過程，忽略各相繞組電流上升過程的差別，認為導通相繞組的電流均達到上限值imax，且保持恒定，則電機的堵轉轉矩線性表示為：
單相導通：
兩相導通：
其中導通相電感為：l1=（imax，θ），l2=(imax,θ±30度)；如圖3所示。
由上面分析可知，在某一電流斬波限imax下，定、轉子的相對位置不同，主開關管的導通規律也不相同（單相或兩相），導致dl/dθ不相同，這樣直接影響tst的大小。另外，當定轉子的相對位置一定時，若忽略飽和現象，那么，tst與電流斬波限imax的平方成正比。
2調速控制方法
開關磁阻電機調速策略較為靈活。可以分為以下幾類：
(1)角度位置控制模式(簡稱apc)。角度位置控制方式就是控制主開關開通角θ1、關斷角θ2，改變主開關的觸發導通時間，從而調節相電流波形，達到調控電機的電磁轉矩目的。開關磁阻電機在高速區比較適合apc方式。apc的控制有較大的靈活性，是目前應用最多的一種控制方式。
(2)電流斬波控制模式(簡稱ccc)。開關磁阻電機在低速工作特別是起動時，反電動勢 |
