开关磁阻电机控制系统在电动汽车中的应用

乔振宇　黄鑫

摘 要：目前随着我国节能环保政策的不断变化，电动汽车已经在人们生产生活中得到了广泛应用，确保电动汽车能源供给的稳定性，是当前提高电动汽车使用性能的重要措施。与传统燃油汽车相比，在电动汽车中电机控制系统的作用更为重要，必须要明确电机控制系统的工作性能和工作原理，确保能够通过改善电机控制系统，提高电动汽车的安全性和稳定性，基于此，本文分析了开关磁阻电机控制系统的具体应用。

关键词：开关磁阻电机 控制系统 电动汽车 应用

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，在電动汽车行业发展进程中，对电机驱动系统的要求主要体现在以下几个方面，首先必须要确保能够适应频繁的启动、加速及正反转调节需求，然后在转速和转矩变化相对较大时，能够满足爬坡和超车的性能要求，同时还要保证在相对恶劣的环境下，具有较好的制动性能。而开关磁阻电机控制系统能够在一定程度上满足这些需求，所以目前在电动汽车行业发展进程中，开关磁阻电机控制系统得到了广泛的应用和推广。

2 开关磁阻电机控制系统的优势及与其他系统的区别

目前在我国电动汽车行业中，驱动系统主要分为以下4种，首先可以通过变压变频的方式，对交流异步电动机进行相应的控制，从而构成整体的驱动系统，其优点是构造相对简单，所以需要消耗的成本较低，并且能实现高速运转和大范围调速，同时这种驱动系统在出现故障时维护相对较为方便，并且寿命较长，但是在作为电动汽车的驱动系统进行应用时，控制流程相对较为复杂，并且容量小，时效率低，同时制动也相对较为困难，所以在电动汽车行业的驱动系统中应用较少。

其次是通过斩波的方式进行控制的直流电机组成的驱动系统，这种系统的优点是在控制性方面性能相对较高，并且不需要测量磁极的具体位置，同时调速也较为便捷，但是因为制造的工艺相对较为复杂，并且造价成本高，所以不适用于普通电动汽车的推广，在维护过程中因为其体积较大，增加了维护的复杂性，并且不适用于在恶劣的环境中工作，所以其使用的可靠性相对较差。

然后是以变频的方式对永磁无刷电机进行控制的驱动系统。其主要的优点是由于其体积和重量相对较小，所以安装和维护较为便捷，同时使用效率高，惯性小，并且功率的密度相对较大，其缺点主要体现在，在高速运转的情况下控制性能较差，并且需要检测磁极的具体位置，同时因为永磁材料可能会出现退磁现象，导致制造成本增加，因为这种驱动系统所消耗的制造成本较多，所以目前也没有得到推广。

最后一种驱动系统为开关磁电机驱动系统，目前在新能源汽车研究行业，已经制造出了新一代的激光电磁一体化智能电机系统，这种电机系统的主要工作原理是开关磁阻电机控制，因为这种控制系统能够完成智能化自控模式，所以其振动频率较小，同时，由于能够实现低启动电流、高起动转距，所以不会消耗过多的电能，在行驶路程上与其他驱动系统相比，能够多行驶30%左右，并且电机的寿命相对较长，可以达到10年以上，在短时间内不需要进行维护，在实际工作过程中提供的电流平稳，既可以保护电池，又能够延长电池的使用寿命，因此，以其速度快，爬坡能力强，自动变速质量可靠以及续航里程长等优点，广泛应用于现阶段电动汽车的驱动系统中。

3 电动汽车用开关磁阻电机控制系统的组成及特点

要想明确开关磁阻电机控制系统在电动汽车中的具体应用流程，首先要了解这种系统的组成和结构，目前我国针对电动汽车使用的开关磁阻电机控制系统主要包含以下5个部分组成，第1个部分是开关磁阻电机本体，作为整个控制系统的主体结构，然后需要功率变换器，控制器，检测电路和驱动电路等，共同组成整个电动汽车使用的开关磁阻电机控制系统。

功率变换器在工作过程中需要动力电池提供相应的能源，而控制器则需要输入给定的信号，进行整个系统的控制作用，控制器和功率变换器之间需要通过驱动电路进行调节，同时，电动汽车用的开关磁阻电机控制系统可以对电流和磁极位置进行相应的检测，然后功率变换器会将变换指令传输到开关磁阻电机控制系统中，经过相应的控制作用，将指令传输给传动系统，再与传动系统相连接的驱动轮进行作用，从而完成整个驱动流程。

在整个工作流程中，开关磁阻电机控制系统是整个系统的控制对象，同时也是开关磁阻电机中能够确保其完成机电能量转换的原部件，由于功率变换器是开关磁阻电机控制系统在运行过程中的能量提供者，所以可以在一定程度上影响其性价比，因此在选择不同种类开关磁阻电机控制系统时，应该考虑到功率变换器的价格及实用性能。因为驱动电路是控制器和功率变换器的中间部件，因此可以保证通过对弱电元件进行控制，从而间接的完成对强电元件的控制，而控制器是开关磁阻电机控制系统中的中枢，并且负责接收外部给的指定信号，同时还可以接收到假设电路反馈的电机信息，并且通过相应的程序算法完成对开关信号的控制。然后通过驱动功率变换器完成主开关器官的调节和控制，从而达到控制开关磁阻电机运行状态的目的。在电流检测系统中其主要的组成部件是霍尔电流传感器，通过传感器能检测到是否存在电流，又能够检测到电流的大小，从而可以根据电流的具体状态和数值大小，对过电流及电流斩波等进行控制和保护，而在位置检测系统中，主要的组成部件为光电编码器，通过获得方波信号，能够对电子的转子位置信息进行获取，并且通过分析电机的具体转速，对开通和关断的角度进行调节，进而完成驱动系统的闭环调节操作。

在电动汽车中，开关磁阻电机控制系统除了具有电机相关特点以外，还存在以下几个优势，首先因为整体设计电路相对较为简单，并且具有较高的可靠性，所以在实际应用过程中安全性和稳定性良好。然后因为在电机转矩方向调节过程中，其只和相绕组的通电顺序具有一定的关联，所以，针对不同的相，只需要使用一个功率开关即可完成相应的调节，因此避免出现直通短路的问题，从而确保整个系统在运行过程中能够降低短路事故的发生频率，在制动系统中因为能够实现能量的回馈，所以可以有效的提高能量的使用效率，从而增加电动汽车的行驶路程，并且，整个系统还具有使用效率高，功耗低以及节能效果好的优点，进而满足了电动汽车制造和使用的主要需求。系统在实际运行过程中，每一个参数都可以实现可控制性，并且在调整和调节过程中操作相对较为便捷，所以代表其控制性能良好。除了具有以上优势以外，其他特点还体现在因为电动汽车用的开关磁阻电机控制系统在使用过程中必须与控制器配套使用，才能够确保整个控制系统稳定工作，而不能够直接接入直流电源，所以必须要安装位置传感器，这样既增加了整个系统的复杂性又增加了建设和投资成本，并且因为目前我国研究的传感器的分辨率，还有一定的局限性，所以也使整个系统的运行性能降低。因此在后期针对开关磁阻电机控制系统进行研究时，应该通过先进技术的使用，避免因为系统的缺点影响电动汽车的控制性能。

4 电动汽车用开关磁阻电机控制系统的优化

目前为了确保开关磁阻电机控制系统具有更好的使用效率，并且为电动汽车行业提供更多先进的使用性能，必须要对其相关组成结构进行优化，在进行优化设计的过程中，可以根据开关磁阻电机控制系统的具体组成部分逐项探究，首先对电机的本体进行设计方面的优化，由于电动汽车用开关磁阻电机控制系统的非线性是导致现阶段此种电机控制系统在特性计算和分析过程中相对较为复杂的主要原因，所以可以通过设计高效并且能够满足电动汽车运行需求的计算方法，降低电机特性分析和计算的复杂性，并且设计出更加合理可靠的电机结构，从而降低电机在运行过程中因為转矩脉动出现的噪声问题。然后需要对其噪声及转矩脉动进行相应的控制，确保能够尽量降低运行过程中产生的噪声，因为开关磁阻电机控制系统主要使用开关形式的电源进行供电，所以在实际运行过程中开关特性和电机的自身结构会呈现非线性关系，这也是导致目前电机在运行过程中出现转机脉动的主要原因，因为开关和电机的特性不易改变，所以可以通过使用合理的控制技术，减小整个系统的转矩脉动，从而降低噪音。

然后是需要对功率变换器进行优化设计，在电动汽车运行过程中，对功率变换器的安全性能要求相对较高，所以需要功率变换器具有较高的可靠性，因此可以对其拓扑结构进行完善，从而保证整个电动汽车的正常运行和人们的生命安全。由于位置传感器是目前开关磁阻电机控制系统中的关键和特殊部件，而转子的位置信号一般可以用于转速的闭环控制及绕组的激励依据，所以安装的位置传感器能够起到这一作用，但是因为其精度和可靠性会影响电机的控制，因此应该尽量确保能够去除位置传感器，同时还要满足相关位置探测需求。最后是要尽量能够保证，开关磁阻电机控制系统可以实现一体化控制.

5 结语

综上所述，虽然现阶段开关磁阻电机控制系统与其他控制系统相比具有较大的优势，但是在电动汽车的实际应用过程中，依然应该对各个组成结构进行优化设计，确保我国电动汽车行业具有更好的发展前景。

参考文献：

[1]袁莉，容旭巍，张俊彦，晋刚.电动汽车用开关磁阻电机控制系统[J].电子技术与软件工程，2019（21）：80-81.

[2]黄清.电动车用开关磁阻电机控制系统的研究[D].江西理工大学，2015.