喬振宇　黃鑫

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

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機 控制系統(tǒng) 電動汽車 應用

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，在電動汽車行業(yè)發(fā)展進程中，對電機驅(qū)動系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面，首先必須要確保能夠適應頻繁的啟動、加速及正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)需求，然后在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化相對較大時，能夠滿足爬坡和超車的性能要求，同時還要保證在相對惡劣的環(huán)境下，具有較好的制動性能。而開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)能夠在一定程度上滿足這些需求，所以目前在電動汽車行業(yè)發(fā)展進程中，開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用和推廣。

2 開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢及與其他系統(tǒng)的區(qū)別

目前在我國電動汽車行業(yè)中，驅(qū)動系統(tǒng)主要分為以下4種，首先可以通過變壓變頻的方式，對交流異步電動機進行相應的控制，從而構(gòu)成整體的驅(qū)動系統(tǒng)，其優(yōu)點是構(gòu)造相對簡單，所以需要消耗的成本較低，并且能實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)和大范圍調(diào)速，同時這種驅(qū)動系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時維護相對較為方便，并且壽命較長，但是在作為電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)進行應用時，控制流程相對較為復雜，并且容量小，時效率低，同時制動也相對較為困難，所以在電動汽車行業(yè)的驅(qū)動系統(tǒng)中應用較少。

其次是通過斬波的方式進行控制的直流電機組成的驅(qū)動系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是在控制性方面性能相對較高，并且不需要測量磁極的具體位置，同時調(diào)速也較為便捷，但是因為制造的工藝相對較為復雜，并且造價成本高，所以不適用于普通電動汽車的推廣，在維護過程中因為其體積較大，增加了維護的復雜性，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較差。

然后是以變頻的方式對永磁無刷電機進行控制的驅(qū)動系統(tǒng)。其主要的優(yōu)點是由于其體積和重量相對較小，所以安裝和維護較為便捷，同時使用效率高，慣性小，并且功率的密度相對較大，其缺點主要體現(xiàn)在，在高速運轉(zhuǎn)的情況下控制性能較差，并且需要檢測磁極的具體位置，同時因為永磁材料可能會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，導致制造成本增加，因為這種驅(qū)動系統(tǒng)所消耗的制造成本較多，所以目前也沒有得到推廣。

最后一種驅(qū)動系統(tǒng)為開關(guān)磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，目前在新能源汽車研究行業(yè)，已經(jīng)制造出了新一代的激光電磁一體化智能電機系統(tǒng)，這種電機系統(tǒng)的主要工作原理是開關(guān)磁阻電機控制，因為這種控制系統(tǒng)能夠完成智能化自控模式，所以其振動頻率較小，同時，由于能夠?qū)崿F(xiàn)低啟動電流、高起動轉(zhuǎn)距，所以不會消耗過多的電能，在行駛路程上與其他驅(qū)動系統(tǒng)相比，能夠多行駛30%左右，并且電機的壽命相對較長，可以達到10年以上，在短時間內(nèi)不需要進行維護，在實際工作過程中提供的電流平穩(wěn)，既可以保護電池，又能夠延長電池的使用壽命，因此，以其速度快，爬坡能力強，自動變速質(zhì)量可靠以及續(xù)航里程長等優(yōu)點，廣泛應用于現(xiàn)階段電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中。

3 電動汽車用開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的組成及特點

要想明確開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)在電動汽車中的具體應用流程，首先要了解這種系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，目前我國針對電動汽車使用的開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)主要包含以下5個部分組成，第1個部分是開關(guān)磁阻電機本體，作為整個控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，然后需要功率變換器，控制器，檢測電路和驅(qū)動電路等，共同組成整個電動汽車使用的開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)。

功率變換器在工作過程中需要動力電池提供相應的能源，而控制器則需要輸入給定的信號，進行整個系統(tǒng)的控制作用，控制器和功率變換器之間需要通過驅(qū)動電路進行調(diào)節(jié)，同時，電動汽車用的開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)可以對電流和磁極位置進行相應的檢測，然后功率變換器會將變換指令傳輸?shù)介_關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)中，經(jīng)過相應的控制作用，將指令傳輸給傳動系統(tǒng)，再與傳動系統(tǒng)相連接的驅(qū)動輪進行作用，從而完成整個驅(qū)動流程。

在整個工作流程中，開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制對象，同時也是開關(guān)磁阻電機中能夠確保其完成機電能量轉(zhuǎn)換的原部件，由于功率變換器是開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)在運行過程中的能量提供者，所以可以在一定程度上影響其性價比，因此在選擇不同種類開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)時，應該考慮到功率變換器的價格及實用性能。因為驅(qū)動電路是控制器和功率變換器的中間部件，因此可以保證通過對弱電元件進行控制，從而間接的完成對強電元件的控制，而控制器是開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)中的中樞，并且負責接收外部給的指定信號，同時還可以接收到假設電路反饋的電機信息，并且通過相應的程序算法完成對開關(guān)信號的控制。然后通過驅(qū)動功率變換器完成主開關(guān)器官的調(diào)節(jié)和控制，從而達到控制開關(guān)磁阻電機運行狀態(tài)的目的。在電流檢測系統(tǒng)中其主要的組成部件是霍爾電流傳感器，通過傳感器能檢測到是否存在電流，又能夠檢測到電流的大小，從而可以根據(jù)電流的具體狀態(tài)和數(shù)值大小，對過電流及電流斬波等進行控制和保護，而在位置檢測系統(tǒng)中，主要的組成部件為光電編碼器，通過獲得方波信號，能夠?qū)﹄娮拥霓D(zhuǎn)子位置信息進行獲取，并且通過分析電機的具體轉(zhuǎn)速，對開通和關(guān)斷的角度進行調(diào)節(jié)，進而完成驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)操作。

在電動汽車中，開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)除了具有電機相關(guān)特點以外，還存在以下幾個優(yōu)勢，首先因為整體設計電路相對較為簡單，并且具有較高的可靠性，所以在實際應用過程中安全性和穩(wěn)定性良好。然后因為在電機轉(zhuǎn)矩方向調(diào)節(jié)過程中，其只和相繞組的通電順序具有一定的關(guān)聯(lián)，所以，針對不同的相，只需要使用一個功率開關(guān)即可完成相應的調(diào)節(jié)，因此避免出現(xiàn)直通短路的問題，從而確保整個系統(tǒng)在運行過程中能夠降低短路事故的發(fā)生頻率，在制動系統(tǒng)中因為能夠?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，從而增加電動汽車的行駛路程，并且，整個系統(tǒng)還具有使用效率高，功耗低以及節(jié)能效果好的優(yōu)點，進而滿足了電動汽車制造和使用的主要需求。系統(tǒng)在實際運行過程中，每一個參數(shù)都可以實現(xiàn)可控制性，并且在調(diào)整和調(diào)節(jié)過程中操作相對較為便捷，所以代表其控制性能良好。除了具有以上優(yōu)勢以外，其他特點還體現(xiàn)在因為電動汽車用的開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)在使用過程中必須與控制器配套使用，才能夠確保整個控制系統(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，這樣既增加了整個系統(tǒng)的復雜性又增加了建設和投資成本，并且因為目前我國研究的傳感器的分辨率，還有一定的局限性，所以也使整個系統(tǒng)的運行性能降低。因此在后期針對開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)進行研究時，應該通過先進技術(shù)的使用，避免因為系統(tǒng)的缺點影響電動汽車的控制性能。

4 電動汽車用開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的優(yōu)化

目前為了確保開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)具有更好的使用效率，并且為電動汽車行業(yè)提供更多先進的使用性能，必須要對其相關(guān)組成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在進行優(yōu)化設計的過程中，可以根據(jù)開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的具體組成部分逐項探究，首先對電機的本體進行設計方面的優(yōu)化，由于電動汽車用開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)的非線性是導致現(xiàn)階段此種電機控制系統(tǒng)在特性計算和分析過程中相對較為復雜的主要原因，所以可以通過設計高效并且能夠滿足電動汽車運行需求的計算方法，降低電機特性分析和計算的復雜性，并且設計出更加合理可靠的電機結(jié)構(gòu)，從而降低電機在運行過程中因為轉(zhuǎn)矩脈動出現(xiàn)的噪聲問題。然后需要對其噪聲及轉(zhuǎn)矩脈動進行相應的控制，確保能夠盡量降低運行過程中產(chǎn)生的噪聲，因為開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)主要使用開關(guān)形式的電源進行供電，所以在實際運行過程中開關(guān)特性和電機的自身結(jié)構(gòu)會呈現(xiàn)非線性關(guān)系，這也是導致目前電機在運行過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)機脈動的主要原因，因為開關(guān)和電機的特性不易改變，所以可以通過使用合理的控制技術(shù)，減小整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動，從而降低噪音。

然后是需要對功率變換器進行優(yōu)化設計，在電動汽車運行過程中，對功率變換器的安全性能要求相對較高，所以需要功率變換器具有較高的可靠性，因此可以對其拓撲結(jié)構(gòu)進行完善，從而保證整個電動汽車的正常運行和人們的生命安全。由于位置傳感器是目前開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵和特殊部件，而轉(zhuǎn)子的位置信號一般可以用于轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制及繞組的激勵依據(jù)，所以安裝的位置傳感器能夠起到這一作用，但是因為其精度和可靠性會影響電機的控制，因此應該盡量確保能夠去除位置傳感器，同時還要滿足相關(guān)位置探測需求。最后是要盡量能夠保證，開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)一體化控制.

5 結(jié)語

綜上所述，雖然現(xiàn)階段開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)相比具有較大的優(yōu)勢，但是在電動汽車的實際應用過程中，依然應該對各個組成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，確保我國電動汽車行業(yè)具有更好的發(fā)展前景。

參考文獻：

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