新汽车电机基础控制 3

开关磁阻电机第6章6.1磁阻类电机概述磁阻类电机大致可分为：

开关磁阻电机同步磁阻电机

开关磁阻电机定子和转子上都有凸极，同步磁阻电机只有转子上有凸极。同步磁阻电机开关磁阻电机

开关磁阻电机

(Switchedreluctancemotor)①开关性——电机必须工作在一种连续的开关模式，这种电机是随着各种新型功率半导体器件出现得以发展；②磁阻性——定、转子具有可变磁阻磁路，更确切地说，是一种双凸极电机。6.2开关磁阻电机的基本结构与原理开关磁阻电机的特点

它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。功率密度低，振动噪声大。目前还没有产业化车型使用开关磁阻电机。6.2.1开关磁阻电机的基本结构磁阻电机的转子铁芯有四个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成。由于定子与转子都有凸起的齿极，这种形式也称为双凸极结构。在定子齿极上绕有线圈（定子绕组）是向电机提供工作磁场的励磁绕组。6/4极开关磁阻电机6.2.1开关磁阻电机的基本结构相数越大，转矩脉动越小，但成本越高，常用三相、四相，低于三相的没有自启动能力（1）4/2极（2）8/6极（3）6/4极（4）10/8极利用永磁体辅助起动的单相SR电动机当定子断电以后，在永磁体的作用下，根据磁阻最小原理，转子逐渐停止在长极轴线与永磁体轴线重合的位置上；当定子绕组通电时，转子受到扭曲磁力线的切向磁拉力的作用，开始自起动。6.2.2开关磁阻电机工作原理径向相对的两个线圈连接在一起，组成一相，该电机有三相，结合定子和转子的极数就称该电机为三相6/4结构磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转。三相6/4极结构开关磁阻电机工作原理(a)A相绕组通电定转子齿平行

（b）B相绕组通电（c）

B相绕组通电定转子齿平行（d）C相绕组通电6.2.3三相6/4极开关磁阻电机的工作原理6.2.4四相8/6极开关磁阻电机的工作原理图6-10四相8/6极开关磁阻电机示意图图6-11四相8/6极开关磁阻电机工作原理相数与极数的关系步进角步进角：每相绕组导通时转子所转过的角度。开关频率6.3开关磁阻电机电磁原理

绕组电感随着定子磁极与转子凸极之间的相对位置变化而变化，其大小与气隙磁导成正比，与气隙厚度成反比。转子位置角θ绕组电感线性曲线转矩公式在电动状态下：开通角θon应该设置在角θ2之前，以增加电动转矩；关断角θoff应在θ2～θ3区间，以减小制动转矩。开通角和关断角6.4开关磁阻电机的控制

开关磁阻电动机控制系统主要由功率变换器、控制器、位置传感器等组成。

6.4.1开关磁阻电机控制系统6.4.2开关磁阻电机的控制方式第一临界转速Ω1是开关磁阻电机开始运行于恒功率特性的临界转速；第二临界转速Ω2是能得到额定功率的最高转速，是恒功率特性的上限

对于电流斩波控制，主要以控制斩波限值，从而起到调节电机转矩和转速的目的。

采用固定开通角θon与关断角θoff，调节相电流的方式来进行控制，这就是电流斩波控制。（2）电流斩波控制具有以下特点：①适用于低速和制动运行，电机在低速运行时，电流上升速度大；电流斩波方式可以有效地限制峰值电流，使电机获得恒转矩输出的机械特性。②电流斩波时电流波形呈较宽的平顶状，因此电机的转矩也比较平稳，合成转矩的脉动明显比其他控制方式小。③用作调速系统时，抗负载扰动的动态响应慢，在电流斩波控制中，由于电流峰值被限制，当电机转速在负载扰动下出现突变时，电流峰值无法自适应。

角度位置控制是电压保持不变，而对开通角θon和关断角θoff的控制，通过对它们的控制来改变电流波形以及电流波形与绕组电感波形的相对位置，从而改变了转矩和转速。（2）角度控制方式具有以下特点：①转矩调节范围大，在角度控制下的电流占空比的变化范围几乎是0～100%。②可以同时导通多相，同时导通相数较多，则电机输出转矩越大，转矩脉动也就越小。③电机效率高，通过角度优化能使电机在不同的负载下保持较高的效率。④不适用于低速运行。当转速降低时，由于旋转电动势减小，容易使相电流峰值超过允许值。3.电压控制CVC（choppedVoltageControl)

（1）电压控制方式电压控制是在固定开通角和关断角的情况下，通过调节PWM信号的占空比从而改变相绕组的平均电压，从而改变相电流值，进而改变输出转矩。PWM斩波调压控制的电流波形（2）电压控制具有以下特点该控制方式可以控制斩波频率和占空比两个参数，可控性好。通过选择适当的斩波频率，也就控制了相电流频率。占空比与相电流最大值之间有较好的线性关系，调节PWM的占空比即可调节相电流最大值。通过PWM方式调节绕组电压平均值，间接调节和限制过大的绕组电流。因此该方式即能用于高速运行又适合低速运行。该控制方式适用于转速调节系统，抗负载扰动的动态响应快。其缺点是转矩脉动较大，调速范围有限。只需要提供单向电流，所以开关器件数量较少；功率开关器件直接与绕组串联，避免了直通短路的风险。在主开关关断时，将能量回馈给电源。6.4.3开关磁阻电机的功率变换器结构简单，容错能力强6.4.3开关磁阻电机的功率变换器

双开关型功率变换器电路具有两个主开关器件及两个续流二极管，当两个主开关器件同时导通时，电源向电机绕组供电；同时断开时，相电流通过续流二极管续流，将电机绕组中磁场储能以电能形式迅速回馈电源。可以实现两相同时工作，互不影响。1）双开关型功率变换器三相双开关型主电路三相开关磁阻电动系统最常用的主电路形式就是双开关型主电路2）双绕组型功率变换器

每相有主、副两个绕组，主、副绕组双线并绕。当主开关导通时，电源对主绕组供电；当主开关关断时，靠磁耦合将主绕组的电流转移到副绕组，通过二极管续流，向电源迅速回馈电能。主副绕组不可能完全耦合，主开关关断时会产生较高的冲击电压；绕组利用率低。四相双绕组型主电路3）电容分压型功率变换器

电容分压型功率变换器电路是指将整流输出的电压通过双电容分压形成的电路，其电容同时还起到滤波、存储绕组回馈能量作用。每相只需要一个主开关器件和一个续流二极管。当VT1导通时，A相绕组从C1吸收电能；当VT1断开时，A相绕组给C2回馈电能；当VT2导通时，B相绕组从C2吸收电能；当VT2断开时，B相绕组给C1回馈电能.4）H桥型功率变换器H桥型功率变换器电路可以看作电容分压电路取消了电容器分压，并将各相绕组中点浮空而形成的电路。换相时磁能以电能形式一部分回馈电源，另一部分注入导通相绕组。AB：VT1和VT2导通BC：VT1关断，VT3导通开关磁阻电机控制系统图6-24

DITC控制框图开关磁阻电机直接瞬时转矩控制首先依据给定的期望转速