開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的研究
遲? 巖（博士/教授，集美大學(xué)）葉毅堅(jiān),云利軍
摘? 要： 本文首先對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出SRD微機(jī)控制系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的軟件程序框圖。組成了基于DSP控制SRD的艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行分析。
一、引? 言
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SR）、功率變換器、控制器和檢測(cè)器四個(gè)部分組成。目前已成為各國研究和開發(fā)的熱點(diǎn)之一。SRD作為一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，首先在電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，實(shí)踐證明，SRD具有許多直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和一般交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)點(diǎn)。SRD還可以應(yīng)用于各類運(yùn)載交通工具領(lǐng)域。但目前在我國中小型艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中SRD尚未開始應(yīng)用，但其發(fā)展方向是明顯的，這將是艦船電力推進(jìn)技術(shù)中很有競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)方面。
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)作為調(diào)速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用呈現(xiàn)出的顯著特點(diǎn)為：
(1) 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固。制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，可工作于極高轉(zhuǎn)速。定子線圈為集中繞組，嵌放容易，端部短而牢固。工作可靠，能應(yīng)用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境；
(2) 損耗主要產(chǎn)生在定子，電動(dòng)機(jī)易于冷卻。轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許有較高的溫升；
(3) 轉(zhuǎn)矩方向與相電流方向無關(guān)，從而可減少功率變換器的開關(guān)器件數(shù)，降低系統(tǒng)成本；
(4) 功率變換器不會(huì)出現(xiàn)直通故障，可靠性高；
(5) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速性能好，無異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象；
(6) 調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的機(jī)械特性。在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有較高效率；
(7) 能四象限運(yùn)行，具有很好的再生制動(dòng)能力；
(8) 可用蓄電池供電，耗能低又無污染。
這些特點(diǎn)使得SRD在艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。
二、SRD微機(jī)控制系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
SR電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比異步電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單，功率變換器主電路的結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。但SR電動(dòng)機(jī)的控制方式是要根據(jù)運(yùn)行條件的不同，在不同的轉(zhuǎn)子相對(duì)位置下通斷各相繞阻的開關(guān)器件。這樣提高了電動(dòng)機(jī)控制的靈活性，但也增加了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制的復(fù)雜性。 顯然， 如果不采用軟件和硬件相結(jié)合的微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)
SR電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，SRD性能的提高必然受到一定的限制，同時(shí)控制器的硬件電路也將過于復(fù)雜和龐大。因此，為了簡(jiǎn)化控制電路，充分挖掘SR電動(dòng)機(jī)控制(1) 低速時(shí)，實(shí)現(xiàn)電流斬波控制（CCC），輸出恒轉(zhuǎn)矩特性；
(2) 高速時(shí)，實(shí)現(xiàn)角度位置控制（APC），輸出恒功率特性；
(3) 具備起動(dòng)、制動(dòng)、停車及四象限運(yùn)行；
(4) 具有速度調(diào)節(jié)功能；
(5) 具有速度顯示功能。
實(shí)現(xiàn)上述基本要求的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)組成的電力推進(jìn)系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中控制器部分采用DSP（圖中虛線框部分）控制。