開關磁阻電機控制系統在電動汽車中的應用

喬振宇　黃鑫

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

關鍵詞：開關磁阻電機 控制系統 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，在電動汽車行業發展進程中，對電機驅動系統的要求主要體現在以下幾個方面，首先必須要確保能夠適應頻繁的啟動、加速及正反轉調節需求，然后在轉速和轉矩變化相對較大時，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境下，具有較好的制動性能。而開關磁阻電機控制系統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發展進程中，開關磁阻電機控制系統得到了廣泛的應用和推廣。

2 開關磁阻電機控制系統的優勢及與其他系統的區別

目前在我國電動汽車行業中，驅動系統主要分為以下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，從而構成整體的驅動系統，其優點是構造相對簡單，所以需要消耗的成本較低，并且能實現高速運轉和大范圍調速，同時這種驅動系統在出現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動系統進行應用時，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的驅動系統中應用較少。

其次是通過斬波的方式進行控制的直流電機組成的驅動系統，這種系統的優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動系統。其主要的優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，其缺點主要體現在，在高速運轉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退磁現象，導致制造成本增加，因為這種驅動系統所消耗的制造成本較多，所以目前也沒有得到推廣。

最后一種驅動系統為開關磁電機驅動系統，目前在新能源汽車研究行業，已經制造出了新一代的激光電磁一體化智能電機系統，這種電機系統的主要工作原理是開關磁阻電機控制，因為這種控制系統能夠完成智能化自控模式，所以其振動頻率較小，同時，由于能夠實現低啟動電流、高起動轉距，所以不會消耗過多的電能，在行駛路程上與其他驅動系統相比，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，在短時間內不需要進行維護，在實際工作過程中提供的電流平穩，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，自動變速質量可靠以及續航里程長等優點，廣泛應用于現階段電動汽車的驅動系統中。

3 電動汽車用開關磁阻電機控制系統的組成及特點

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

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，進行整個系統的控制作用，控制器和功率變換器之間需要通過驅動電路進行調節，同時，電動汽車用的開關磁阻電機控制系統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到開關磁阻電機控制系統中，經過相應的控制作用，將指令傳輸給傳動系統，再與傳動系統相連接的驅動輪進行作用，從而完成整個驅動流程。

在整個工作流程中，開關磁阻電機控制系統是整個系統的控制對象，同時也是開關磁阻電機中能夠確保其完成機電能量轉換的原部件，由于功率變換器是開關磁阻電機控制系統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磁阻電機控制系統時，應該考慮到功率變換器的價格及實用性能。因為驅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，而控制器是開關磁阻電機控制系統中的中樞，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信號的控制。然后通過驅動功率變換器完成主開關器官的調節和控制，從而達到控制開關磁阻電機運行狀態的目的。在電流檢測系統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，從而可以根據電流的具體狀態和數值大小，對過電流及電流斬波等進行控制和保護，而在位置檢測系統中，主要的組成部件為光電編碼器，通過獲得方波信號，能夠對電子的轉子位置信息進行獲取，并且通過分析電機的具體轉速，對開通和關斷的角度進行調節，進而完成驅動系統的閉環調節操作。

在電動汽車中，開關磁阻電機控制系統除了具有電機相關特點以外，還存在以下幾個優勢，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定性良好。然后因為在電機轉矩方向調節過程中，其只和相繞組的通電順序具有一定的關聯，所以，針對不同的相，只需要使用一個功率開關即可完成相應的調節，因此避免出現直通短路的問題，從而確保整個系統在運行過程中能夠降低短路事故的發生頻率，在制動系統中因為能夠實現能量的回饋，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，整個系統還具有使用效率高，功耗低以及節能效果好的優點，進而滿足了電動汽車制造和使用的主要需求。系統在實際運行過程中，每一個參數都可以實現可控制性，并且在調整和調節過程中操作相對較為便捷，所以代表其控制性能良好。除了具有以上優勢以外，其他特點還體現在因為電動汽車用的開關磁阻電機控制系統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穩定工作，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，所以也使整個系統的運行性能降低。因此在后期針對開關磁阻電機控制系統進行研究時，應該通過先進技術的使用，避免因為系統的缺點影響電動汽車的控制性能。

4 電動汽車用開關磁阻電機控制系統的優化

目前為了確保開關磁阻電機控制系統具有更好的使用效率，并且為電動汽車行業提供更多先進的使用性能，必須要對其相關組成結構進行優化，在進行優化設計的過程中，可以根據開關磁阻電機控制系統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化，由于電動汽車用開關磁阻電機控制系統的非線性是導致現階段此種電機控制系統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構，從而降低電機在運行過程中因為轉矩脈動出現的噪聲問題。然后需要對其噪聲及轉矩脈動進行相應的控制，確保能夠盡量降低運行過程中產生的噪聲，因為開關磁阻電機控制系統主要使用開關形式的電源進行供電，所以在實際運行過程中開關特性和電機的自身結構會呈現非線性關系，這也是導致目前電機在運行過程中出現轉機脈動的主要原因，因為開關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，減小整個系統的轉矩脈動，從而降低噪音。

然后是需要對功率變換器進行優化設計，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構進行完善，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磁阻電機控制系統中的關鍵和特殊部件，而轉子的位置信號一般可以用于轉速的閉環控制及繞組的激勵依據，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，同時還要滿足相關位置探測需求。最后是要盡量能夠保證，開關磁阻電機控制系統可以實現一體化控制.

5 結語

綜上所述，雖然現階段開關磁阻電機控制系統與其他控制系統相比具有較大的優勢，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構進行優化設計，確保我國電動汽車行業具有更好的發展前景。

參考文獻：

[1]袁莉，容旭巍，張俊彥，晉剛.電動汽車用開關磁阻電機控制系統[J].電子技術與軟件工程，2019（21）：80-81.

[2]黃清.電動車用開關磁阻電機控制系統的研究[D].江西理工大學，2015.