高健

【摘 要】論文主要設(shè)計(jì)了同步磁阻電機(jī)（SynRM）控制器。整個(gè)控制器以TMS320F28066為控制核心，包含開(kāi)關(guān)電源供模塊、以MOSFET作為主要部件的功率模塊、數(shù)字化輸入輸出接口和通訊模塊、電機(jī)電壓電流和速度檢測(cè)模塊等。軟件上采用基于SVPWM調(diào)制的MTPA矢量控制算法，具有過(guò)流保護(hù)功能。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同步磁阻電機(jī)的良好控制。

【Abstract】This paper mainly designs a controller of synchronous reluctance motor （SynRM）. The whole controller takes TMS320F28066 as the control core， including switch power supply module， the power module with MOSFET as main component， digital input and output interface and communication module， motor voltage， current and speed detection module. The software adopts MTPA vector control algorithm based on SVPWM modulation， which has the function of overcurrent protection. Experiments show that the system can control the synchronous reluctance motor well.

【關(guān)鍵詞】同步磁阻電機(jī);MTPA;矢量控制

【Keywords】synchronous reluctance motor; MTPA; vector control

【中圖分類號(hào)】U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0191-03

1 引言

隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)峻，燃料能源日漸短缺，電動(dòng)汽車由于其能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)已成為汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向[1]。而電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車整車的核心部分，其硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制理論方法的研究是提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)性能的關(guān)鍵[2]。

同步磁阻電機(jī)（SynRM），是一種完全使用磁阻轉(zhuǎn)矩的同步電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，安全性能良好，相比于感應(yīng)電機(jī)，SynRM的功率密度和效率更高，此外，SynRM沒(méi)有永磁體，能夠更容易實(shí)現(xiàn)弱磁控制，適應(yīng)高速運(yùn)行，因此，SynRM可以滿足電動(dòng)汽車運(yùn)行對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的苛刻要求[3]。

同步磁阻電機(jī)（SynRM）與永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)和控制原理上差異不大，常用的控制方法主要有以下四種[6]：最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制（MTPA）、最大功率因數(shù)控制、最大轉(zhuǎn)矩變化率控制、恒定磁場(chǎng)電流控制。在能源利用要求高效率的應(yīng)用場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)，MTPA是較合理的一種控制方法，實(shí)際上也是應(yīng)用最廣泛的，也是本文采用的主要控制方法。NIAZI P等[7]給出了MTPA控制的系統(tǒng)框圖，并詳細(xì)介紹了基于PMa-SynRM數(shù)學(xué)模型的MTPA控制方法，通過(guò)在電機(jī)運(yùn)行約束條件下求極值，推導(dǎo)出控制需要的d/q軸電流及最大轉(zhuǎn)矩與電機(jī)相電流相位角之間的數(shù)值關(guān)系。楊超等[8]研究了實(shí)際電機(jī)運(yùn)行中，電機(jī)定子電阻、磁場(chǎng)和電感會(huì)隨著溫度和氣隙磁場(chǎng)的變化而發(fā)生改變，進(jìn)而影響到MTPA控制效果，對(duì)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的參數(shù)辨識(shí)能夠讓MTPA取得更好的控制效果。

本文對(duì)同步磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)硬件模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用MTPA矢量控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)同步磁阻電機(jī)的控制，驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的可行性。

2 同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型

同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比較特別，無(wú)需勵(lì)磁，由于其交、直軸磁阻不等，在定子勵(lì)磁的情況下，交、直軸的磁路將會(huì)產(chǎn)生磁阻差異，從而得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩[4]。一般將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中磁導(dǎo)較大的軸定義為d軸，磁導(dǎo)較小的軸定義為q軸[5]。常規(guī)同步磁阻電機(jī)的dq方程是：

圖5是三相同步磁阻電機(jī)加/減載過(guò)程波形圖，從波形可以看出，電機(jī)載加/減載過(guò)程中有著很好的動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定在1000rpm，從實(shí)驗(yàn)波形可知，該電機(jī)控制器能夠使同步磁阻電機(jī)良好的運(yùn)行。

4 結(jié)論

①本文設(shè)計(jì)了適用于電動(dòng)汽車的同步磁阻電機(jī)的控制器;

②采用MTPA矢量控制算法對(duì)同步磁阻電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，軟、硬件的設(shè)計(jì)能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)同步磁阻電機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行;

③三相同步磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)參數(shù)會(huì)隨著電機(jī)溫升和工況發(fā)生變化，無(wú)法在電流角θ=45°時(shí)實(shí)現(xiàn)MTPA控制，有必要進(jìn)行實(shí)時(shí)的參數(shù)辨識(shí)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】吳迪.同步磁阻電機(jī)的無(wú)傳感器直接功率控制研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2019.

【2】姚丙雷，王鴻鵠.同步磁阻電機(jī)性能分析與研究[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2018，45（11）：61-65.

【3】楊丁貴，湯寧平，戴熠晨.同步磁阻電機(jī)定子電流最優(yōu)控制[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2017，44（08）：32-37.

【4】袁賽賽，蔡順，賀小克，等.同步磁阻電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩電流比矢量控制[J].微電機(jī)，2017，50（04）：43-46+53.

【5】方磊，譚國(guó)俊，劉娜，等.永磁輔助式同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)控制方法[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2018，45（05）：1-7.

【6】DE KOCK H W， KAMPER M J. Dynamic control of the permanent magnet-assisted reluctance synchronous machine [J]. Electric Power Applications， IET， 2007， 1（2）： 153-160.

【7】NIAZI P， TOLIYAT H A， CHEONG D H， et al. A low-cost and efficient permanent-magnet-assisted synchronous reluctance motor drive [J]. Industry Applications， IEEE Transactions on， 2007， 43（2）： 542-550.

【8】楊超，廖勇，盧權(quán)華，等.考慮磁路飽和同步磁阻電機(jī)的矢量控制[J].微電機(jī)，2013，46（11）：57-61+66.