srm在电动汽车上应用以和优化措施

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1、SRM在电动汽车上应用以和优化措施　　摘要：随着能源短缺和环境污染问题日益突出，电动汽车以其高效率、零排放等显著优点，成为世界著名汽车制造商和研究机构的研究热点之一。笔者结合自身工作经验和所学知识，对电动汽车用开关磁阻电动机（简称SRM）提出了优化设计与转矩脉动控制措施。理论建模仿真和样机实验表明，该电机在低压大电流的工作条件下，具有动态性能好、起动转矩大等优点，仅供同行参考。关键词：开关磁阻电动机；转矩脉动控制；电动汽车中图分类号：F407.471文献标识码：A文章编号：由于电动汽车存在频繁起动、加速

2、、巡航、减速和爬坡等运行工况，这些对电动汽车的电机及其控制系统，特别是低压起动性能提出了更高的要求。开关磁阻电动机(以下简称SRM)具有结构简单、低压起动性能好、调速范围宽，而且在整个调速范围内都具有效率较高、维护成本低、系统可靠性高等优点，但较大的转矩脉动抑制了它在低速领域中的应用。为减小开关磁阻电动机的转矩脉动和噪声，笔者就如何使开关磁阻电动机系统起动电流小、转矩脉动小、调速范围宽、转矩大、效率高，做出如下探讨。一、开关磁阻电动机工作原理7开关磁阻电动机为双凸极结构，定子上有集中绕组，每相对的两极为

3、一相，转子上无绕组也无永磁体，电机整体结构简单，如图1所示。电机运行遵循磁阻最小原理，当一相绕组通电时，与此定子凸极非对齐位置的转子凸极会因为磁拉力的作用运转到对齐位置。各相依次通电，即可实现电动运行，改变各相通电顺序，可改变电机运转方向。图1开关磁阻电动机结构二、开关磁阻电动机结构参数的优化设计2．1SRM结构参数SRM的工作原理与机构不同于传统的电动机，设计时不能简单照搬传统电动机设计中所运用的公式和方法。目前，通过采用不同的简化模型，得到不同的电磁转矩计算方法，形成线性方法、非线性方法、准非线性方

4、法三类不同的设计方法。本文采用准非线性方法进行设计，利用尽可能精确地最大电感位置和最小电感位置的磁化曲线等来计算平均转矩的方法作为出发点，建立其电磁设计方法，这种方法计算结果更准确，考虑到对SRM性能影响较大的结构参数主要有定子外径、转子外径、气隙大小、铁心长度和定子、转子的相对极弧宽度，而且定、转子几何尺寸对转矩脉动和噪声有重要的影响。所以要从优化定子结构、优化转子结构和尺寸、优化极弧这三个方面来对电机进行设计。在满足电动汽车动力需求的同时，得到最佳的电机性能。7SRM采用6／4结构，电源电压选用48

5、V直流电，经优化分析得到优化后电机的主要结构参数，见下表1。表1SRM主要参数2．2SRM性能分析与优化由于SRM磁路的严重非线性，各物理量与转子位置、电流之问是非线性关系，这给模拟电机的实际运行状态带来不便，而有限元能够考虑到磁路的不规则性，计算精度较高。本文假设所有导线电流密度均匀分布，忽略位移电流，且铁心磁导率各向同性，对SRM进行瞬态和稳态的有限元分析，这使得仿真结果更加接近电机实际运行的状况，更为精确地反映了电机的整体性能。图2为转子凸极轴线与定子凸极轴线重合时磁场分布情况，此时相绕组的电感值

6、最大；在转子极间中心线线与定子磁极轴线重合时，相绕组电感值最小，电机转动时，相绕组电感在最小和最大值之间周期性变化。依据不同时刻电感值不同，可对电机的输出性能进行控制。图2对齐位置磁场分布7SRM的绕组磁链曲线簇见图3所示。曲线从下往上对应的是0°、30°、4O°、50°～180°位置角下激磁绕组磁链与之相应的激磁电流的关系曲线图，变化趋势表明磁链随电流的增加而增大，最后达到饱和状态。由此可得到特定电流在不同位置时的磁链大小，为构建驱动控制提供了依据。图3SRM绕组磁链的曲线族SRM优化前后瞬态效率曲线

7、见图4。在1000～4000r／min转速阶段，电机的效率均在85％以上，优化后在额定转速附近效率均在90％以上，电机效率较高；这不仅使电动汽车运行在非额定状态满足起动加速、低速爬坡及高速运行的需要，还能够实现能量的有效利用。图4SRM效率曲线SRM优化前后运行在1850r／min时稳态转矩出力曲线见图5。平均转矩在16N·m左右，优化前电机转矩脉动系数为0．65，优化后转矩脉动系数为0．32，转矩脉动明显减小。这既能完全满足负载需要，又可使电动汽车运行平稳，提高了安全性能。图5SRM转矩曲线三、驱动系

8、统建模为了更进一步分析电动汽车不同工况下的电机性能，减小转矩脉动。本文在MATLAB／Simulink模块对电机的控制系统进行建模，以提高控制策略的灵活性。模型主要包括：功率7变换器模块、速度PI调节模块、电机本体模块、电流滞环和位置检测模块等，其中电机本体模块参数部分是经有限元计算分析得到的结果。PI调节模块中指的是，PI控制器中P(比例)的参数；为PI控制器中I(积分)的参数，经几组数据对比得，调节器的最终参数设置为：=1.5，=0.0