2SRM的再生制动分析

2.1SRM再生制动原理

在线性化模型的基础上可以得到相绕组电感Lk、相电流ik随定转子相对位置q 的变化规律（图1）和SRM的相绕组电压平衡方程和机电磁转矩表达式[1, 5]

由式(2)可以看出，控制qon和qoff，使ik主要出现在电感上升阶段或电感下降阶段，便可以控制转矩的大小和方向，实现电动和制动状态。

2.2SRM再生制动过程分析

（1）磁链分析

文献[1]推导了SRM通电期间(qon, qoff)以及断电后(qoff,2qoff-qon)的磁链方程

可以看出速度w很低时，如果绕组两端加额定电压，可能引起过大的磁链，继而引起过大的冲击电流而损坏电机和传动机构。启动瞬间w＝0，正转－反转过程中w也将通过零点，必须对Vk和ik加以限制。

（2）电流波形分析

变换公式(1)可以得到

图1据此绘出了一般情况下ik(q)的变化规律曲线（粗实线表示）。

（3）能量转化分析

公式(2)两边同乘ik(q)，可以得到能量转化基本公式

都为正值时可以解释为，吸收电能为增加的磁场储能与输出的机械能之和，都为负值时可以解释为，回馈电能为减少的磁场储能与吸收的机械能之和。

利用式(3)~式(6)可以分析再生制动各阶段的电流变化和能量转化：

入机械能，转化为绕组储能。

阶段主开关导通，绕组电压为 ，电机吸收电能，属励磁建流阶段（其中 阶段是主要的励磁阶段）。 t0-t1阶段产生电动转矩，由于电流较小，电动转矩并不大，而这一阶段可以提高对应 t3时刻的电流 ic，对于建立励磁电流却是相当有益的。

阶段主开关器件关断，绕组电压为 ，回馈电能，属发电阶段（其中 阶段是主要的发电阶段）。

根据以上分析容易得到如下结论：

① 提高再生制动能力和效率的关键是得到理想的电流波形，提高t3时刻的电流ic对于提高再生制动能力和效率有大的影响。

② t3-t5阶段必须施加-Vk，否则电流将继续升高，可能延续到电感上升阶段，产生电动转矩，影响SRM的再生制动效率，严重的甚至使制动失败；即使施加-Vk，高速阶段也不能保证电流下降，因此必须采用合理的控制方案和采取一定的保护措施。

③ 再生制动阶段有三个控制参数：qon、qoff和Vk。SRM再生制动的控制可以采用控qon、qoff的角度位置控制(APC)方式，也可采用调节斩波电流幅值ichop的电流跟踪控制（CCC）或调节Vk的电压斩波控制（PWM）。

33kW开关磁阻电机再生制动设计

3.1再生制动设计方案

试验样机四相8/6极SRM，基本参数如下：Pe=3kW，Ue=260V，Ne=1500r/min，调速范围：70~2000r/min。控制器采用DSP芯片TMS320F240，不仅简化了硬件设计，提高了控制算法设计的灵活性、系统的性能和稳定性，也使得一些先进的控制算法得以在线实现。

（1）正转－反转过程中的位置检测问题

本系统采用两相斩波功率变换器，位置检测方案如下：TMS320F240的2个捕获单元相继捕获位置传感产生的两路正交编码脉冲，即产生4种位置信号（图2中G01、G02代表SRM的4个绕组与转子的相对位置）。捕获中断程序据此判断初始位置和初始导通相，以后控制器根据转向标志D（正转/反转），在收到捕获中断信号后依次触发各相，正转通电顺序为DA→AB→BC→CD，反转通电顺序为DA←AB←BC←CD。这样可以节省捕获采样时间，适应电机高速运转的要求。

为避免速度过零时产生过电流，正转－反转过程中的低速阶段采用“软启动”方式，占空比由软件给定，逐步增加和减少 ，同时增加了必要的过电流保护。

图4中，EC为整流电路输出的直流电源电压，电容C1为滤波电容，同时还有吸收SRM换相时回溃能量的作用，A、B、C、D为SRM四相绕组，V1~V5为IPM功率器件，D1~D5为快恢复续流二极管，R为功率电阻。

3.2试验结果

负载试验以1台3kW它励直流电动机与SRM连接,直流电动机的电动转矩作为SRM的负载转矩,通过改变串入直流电动机电枢中的电阻阻值大小改变直流电动机的机械特性。

图5、6为负载电流8A、 时正向启动、再生制动和反向启动三个阶段的相电流、母线电压和转速变化曲线。图5中间为制动阶段波形，可以看出制动阶段母线电压稳定，相电流出现尖峰，从波形放大图中可以看出比较理想。图6中纵轴稳定值和中间线分别代表± 和 。试验表明，1-2s内可实现反向启动，转速超调不超过3%。

4 结论

理论和实践表明在电流控制的基础上，中小功率SRM具有良好的制动效果，可以方便的实现四象限运行，这对降低中小功率系统成本、提高系统性能/价格比和中小功率驱动系统的再生制动设计，具有一定参考价值。