開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用

喬振宇　黃鑫

摘 要：目前隨著我國(guó)節(jié)能環(huán)保政策的不斷變化，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)在人們生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用，確保電動(dòng)汽車(chē)能源供給的穩(wěn)定性，是當(dāng)前提高電動(dòng)汽車(chē)使用性能的重要措施。與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，在電動(dòng)汽車(chē)中電機(jī)控制系統(tǒng)的作用更為重要，必須要明確電機(jī)控制系統(tǒng)的工作性能和工作原理，確保能夠通過(guò)改善電機(jī)控制系統(tǒng)，提高電動(dòng)汽車(chē)的安全性和穩(wěn)定性，基于此，本文分析了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 控制系統(tǒng) 電動(dòng)汽車(chē) 應(yīng)用

Application of Switched Reluctance Motor Control System in Electric Vehicles

Qiao Zhenyu，Huang Xin

Abstract：With the continuous changes of China's energy conservation and environmental protection policies， electric vehicles have been widely used in people's production and life. Ensuring the stability of the energy supply of electric vehicles is an important measure to improve the performance of electric vehicles. Compared with traditional fuel vehicles， the role of the motor control system in electric vehicles is more important. It is necessary to clarify the working performance and working principle of the motor control system to ensure that the safety and stability of electric vehicles can be improved by improving the motor control system. Based on this， this article analyzes the specific application of the switched reluctance motor control system.

Key words：switched reluctance motor， control system， electric vehicle， application

1 引言

目前，在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，首先必須要確保能夠適應(yīng)頻繁的啟動(dòng)、加速及正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)需求，然后在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化相對(duì)較大時(shí)，能夠滿(mǎn)足爬坡和超車(chē)的性能要求，同時(shí)還要保證在相對(duì)惡劣的環(huán)境下，具有較好的制動(dòng)性能。而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)能夠在一定程度上滿(mǎn)足這些需求，所以目前在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及與其他系統(tǒng)的區(qū)別

目前在我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為以下4種，首先可以通過(guò)變壓變頻的方式，對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而構(gòu)成整體的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，所以需要消耗的成本較低，并且能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)和大范圍調(diào)速，同時(shí)這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)維護(hù)相對(duì)較為方便，并且壽命較長(zhǎng)，但是在作為電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，控制流程相對(duì)較為復(fù)雜，并且容量小，時(shí)效率低，同時(shí)制動(dòng)也相對(duì)較為困難，所以在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用較少。

其次是通過(guò)斬波的方式進(jìn)行控制的直流電機(jī)組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在控制性方面性能相對(duì)較高，并且不需要測(cè)量磁極的具體位置，同時(shí)調(diào)速也較為便捷，但是因?yàn)橹圃斓墓に囅鄬?duì)較為復(fù)雜，并且造價(jià)成本高，所以不適用于普通電動(dòng)汽車(chē)的推廣，在維護(hù)過(guò)程中因?yàn)槠潴w積較大，增加了維護(hù)的復(fù)雜性，并且不適用于在惡劣的環(huán)境中工作，所以其使用的可靠性相對(duì)較差。

然后是以變頻的方式對(duì)永磁無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其主要的優(yōu)點(diǎn)是由于其體積和重量相對(duì)較小，所以安裝和維護(hù)較為便捷，同時(shí)使用效率高，慣性小，并且功率的密度相對(duì)較大，其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下控制性能較差，并且需要檢測(cè)磁極的具體位置，同時(shí)因?yàn)橛来挪牧峡赡軙?huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，導(dǎo)致制造成本增加，因?yàn)檫@種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所消耗的制造成本較多，所以目前也沒(méi)有得到推廣。

最后一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為開(kāi)關(guān)磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前在新能源汽車(chē)研究行業(yè)，已經(jīng)制造出了新一代的激光電磁一體化智能電機(jī)系統(tǒng)，這種電機(jī)系統(tǒng)的主要工作原理是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制，因?yàn)檫@種控制系統(tǒng)能夠完成智能化自控模式，所以其振動(dòng)頻率較小，同時(shí)，由于能夠?qū)崿F(xiàn)低啟動(dòng)電流、高起動(dòng)轉(zhuǎn)距，所以不會(huì)消耗過(guò)多的電能，在行駛路程上與其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，能夠多行駛30%左右，并且電機(jī)的壽命相對(duì)較長(zhǎng)，可以達(dá)到10年以上，在短時(shí)間內(nèi)不需要進(jìn)行維護(hù)，在實(shí)際工作過(guò)程中提供的電流平穩(wěn)，既可以保護(hù)電池，又能夠延長(zhǎng)電池的使用壽命，因此，以其速度快，爬坡能力強(qiáng)，自動(dòng)變速質(zhì)量可靠以及續(xù)航里程長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)階段電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

3 電動(dòng)汽車(chē)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

要想明確開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)中的具體應(yīng)用流程，首先要了解這種系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，目前我國(guó)針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)使用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)主要包含以下5個(gè)部分組成，第1個(gè)部分是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體，作為整個(gè)控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，然后需要功率變換器，控制器，檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)電路等，共同組成整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)使用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)。

功率變換器在工作過(guò)程中需要?jiǎng)恿﹄姵靥峁┫鄳?yīng)的能源，而控制器則需要輸入給定的信號(hào)，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制作用，控制器和功率變換器之間需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)電流和磁極位置進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，然后功率變換器會(huì)將變換指令傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的控制作用，將指令傳輸給傳動(dòng)系統(tǒng)，再與傳動(dòng)系統(tǒng)相連接的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行作用，從而完成整個(gè)驅(qū)動(dòng)流程。

在整個(gè)工作流程中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的控制對(duì)象，同時(shí)也是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中能夠確保其完成機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的原部件，由于功率變換器是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的能量提供者，所以可以在一定程度上影響其性?xún)r(jià)比，因此在選擇不同種類(lèi)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該考慮到功率變換器的價(jià)格及實(shí)用性能。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路是控制器和功率變換器的中間部件，因此可以保證通過(guò)對(duì)弱電元件進(jìn)行控制，從而間接的完成對(duì)強(qiáng)電元件的控制，而控制器是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)中的中樞，并且負(fù)責(zé)接收外部給的指定信號(hào)，同時(shí)還可以接收到假設(shè)電路反饋的電機(jī)信息，并且通過(guò)相應(yīng)的程序算法完成對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)的控制。然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率變換器完成主開(kāi)關(guān)器官的調(diào)節(jié)和控制，從而達(dá)到控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的目的。在電流檢測(cè)系統(tǒng)中其主要的組成部件是霍爾電流傳感器，通過(guò)傳感器能檢測(cè)到是否存在電流，又能夠檢測(cè)到電流的大小，從而可以根據(jù)電流的具體狀態(tài)和數(shù)值大小，對(duì)過(guò)電流及電流斬波等進(jìn)行控制和保護(hù)，而在位置檢測(cè)系統(tǒng)中，主要的組成部件為光電編碼器，通過(guò)獲得方波信號(hào)，能夠?qū)﹄娮拥霓D(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行獲取，并且通過(guò)分析電機(jī)的具體轉(zhuǎn)速，對(duì)開(kāi)通和關(guān)斷的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而完成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)操作。

在電動(dòng)汽車(chē)中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)除了具有電機(jī)相關(guān)特點(diǎn)以外，還存在以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，首先因?yàn)檎w設(shè)計(jì)電路相對(duì)較為簡(jiǎn)單，并且具有較高的可靠性，所以在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中安全性和穩(wěn)定性良好。然后因?yàn)樵陔姍C(jī)轉(zhuǎn)矩方向調(diào)節(jié)過(guò)程中，其只和相繞組的通電順序具有一定的關(guān)聯(lián)，所以，針對(duì)不同的相，只需要使用一個(gè)功率開(kāi)關(guān)即可完成相應(yīng)的調(diào)節(jié)，因此避免出現(xiàn)直通短路的問(wèn)題，從而確保整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能夠降低短路事故的發(fā)生頻率，在制動(dòng)系統(tǒng)中因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)能量的回饋，所以可以有效的提高能量的使用效率，從而增加電動(dòng)汽車(chē)的行駛路程，并且，整個(gè)系統(tǒng)還具有使用效率高，功耗低以及節(jié)能效果好的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而滿(mǎn)足了電動(dòng)汽車(chē)制造和使用的主要需求。系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，每一個(gè)參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)可控制性，并且在調(diào)整和調(diào)節(jié)過(guò)程中操作相對(duì)較為便捷，所以代表其控制性能良好。除了具有以上優(yōu)勢(shì)以外，其他特點(diǎn)還體現(xiàn)在因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)在使用過(guò)程中必須與控制器配套使用，才能夠確保整個(gè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，而不能夠直接接入直流電源，所以必須要安裝位置傳感器，這樣既增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性又增加了建設(shè)和投資成本，并且因?yàn)槟壳拔覈?guó)研究的傳感器的分辨率，還有一定的局限性，所以也使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能降低。因此在后期針對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)該通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的使用，避免因?yàn)橄到y(tǒng)的缺點(diǎn)影響電動(dòng)汽車(chē)的控制性能。

4 電動(dòng)汽車(chē)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

目前為了確保開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)具有更好的使用效率，并且為電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)提供更多先進(jìn)的使用性能，必須要對(duì)其相關(guān)組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的具體組成部分逐項(xiàng)探究，首先對(duì)電機(jī)的本體進(jìn)行設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化，由于電動(dòng)汽車(chē)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的非線(xiàn)性是導(dǎo)致現(xiàn)階段此種電機(jī)控制系統(tǒng)在特性計(jì)算和分析過(guò)程中相對(duì)較為復(fù)雜的主要原因，所以可以通過(guò)設(shè)計(jì)高效并且能夠滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行需求的計(jì)算方法，降低電機(jī)特性分析和計(jì)算的復(fù)雜性，并且設(shè)計(jì)出更加合理可靠的電機(jī)結(jié)構(gòu)，從而降低電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)檗D(zhuǎn)矩脈動(dòng)出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題。然后需要對(duì)其噪聲及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，確保能夠盡量降低運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)主要使用開(kāi)關(guān)形式的電源進(jìn)行供電，所以在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中開(kāi)關(guān)特性和電機(jī)的自身結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)非線(xiàn)性關(guān)系，這也是導(dǎo)致目前電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)脈動(dòng)的主要原因，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)和電機(jī)的特性不易改變，所以可以通過(guò)使用合理的控制技術(shù)，減小整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而降低噪音。

然后是需要對(duì)功率變換器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)功率變換器的安全性能要求相對(duì)較高，所以需要功率變換器具有較高的可靠性，因此可以對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，從而保證整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的正常運(yùn)行和人們的生命安全。由于位置傳感器是目前開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵和特殊部件，而轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)一般可以用于轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制及繞組的激勵(lì)依據(jù)，所以安裝的位置傳感器能夠起到這一作用，但是因?yàn)槠渚群涂煽啃詴?huì)影響電機(jī)的控制，因此應(yīng)該盡量確保能夠去除位置傳感器，同時(shí)還要滿(mǎn)足相關(guān)位置探測(cè)需求。最后是要盡量能夠保證，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一體化控制.

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雖然現(xiàn)階段開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，但是在電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，依然應(yīng)該對(duì)各個(gè)組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)具有更好的發(fā)展前景。

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