SR电动机电流斩波控制方式的运行分析

如2.5节所述，SR电动机在低于基速以下运行时，常采用电流斩波控制（CCC）方式，以避免过大的电流和磁链峰值，取得恒转矩机械特性。

常见的CCC方式是保持开通角θ_on、关断角θ_off不变，通过主开关器件的多次导通和关断将电流限制在给定的上、下限值之间，并借此控制转矩。图2-32所示为典型CCC方式相电流波形。

图2-32 典型CCC方式相电流波形

如图2-32所示，θ=θ_on时，主开关器件导通，相电流i从零开始上升，到θ=θ_f1时，i上升到上限值i_H，开始斩波，即主开关器件关断，i下降；当转子转到θ=θ_o1时，i下降到下限值i_L，主开关器件重新导通，i便开始上升，[θ_f1，θ_o1]为第一个斩波段。主开关器件如此反复通断，迫使电流在i_H，和i_L之间波动，直到θ=θ_off时，主开关器件关断，i一直下降到零。当转子转过一个转子角周期后，这一电流斩波过程复又开始。

对于图2-33所示每相有两个主开关器件的主电路而言，CCC方式斩波时有两种工作方式。其一，如图2-33a所示，在斩波段，主开关器件S₁、S₂同时关断，相电流i在-U_s作用下经续流二极管VD₁、VD₂和外电源续流，磁链迅速衰减，绕组所储磁能部分地回馈给外电源，这种CCC方式在参考文献[23]中称为无续流斩波方式，在参考文献[2]中则称为硬斩波（Hard Chopping），考虑到在斩波段，绕组储能有部分回馈给电源，参考文献[177]将其冠以能量回馈式电流斩波（Energy Returnable Current Chop，ERCC）方式。其二，如图2-33b所示，在斩波段，只关断一个主开关器件（S₂），而另一个主开关器件（S₁）保持导通，这时相电流i在外施电压近似为零的情况下，流经主开关S₁和二极管VD₂，磁链缓慢衰减，绕组无能量返还电源，与ERCC方式对应，该斩波方式称为非能量回馈式电流斩波（Non-Energy Returnable Current Chop，NERCC）方式，在参考文献[2]中则称为软斩波（Soft Chopping）。

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图2-33 斩波段两种续流方式

a）ERCC b）NERCC

CCC方式的斩波频率不固定，其与相电感及电流波动值ΔI（=i_H-i_L）成反比，降低ΔI有利于抑制转矩脉动，但斩波频率提高，开关损耗增大，而改变i_H，、i_L则可调整电磁转矩的大小。由于在斩波段，ERCC方式下的相绕组端电压为-U_s，而NERCC方式下的相绕组端电压近似为零，因此NERCC方式续流期间相电流下降较ERCC方式缓慢，因而可减少斩波次数，降低开关损耗，延长主开关器件的寿命；另外，在相电感有效工作区间，若两种续流方式的斩波起始位置及斩波电流起点相同，在续流期间内，NERCC方式下的转矩不仅大于ERCC方式下的转矩，且转矩脉动较小。

如2.5节所述，控制低速运行相电流的另一种斩波方式是电压PWM方式。常见的电压PWM方式亦保持开通角θ_on、关断角θ_off不变，且同样有硬斩波（能量回馈式电压斩波）、软斩波（非能量回馈式电压斩波）两种方式。

电压PWM软斩波可参见图2-33b进行说明，在θ_on至θ_off的斩波区间内，有一个主开关器件，例如S₁一直导通，而另一只主开关器件，例如S₂则以一定的占空比d=t_on/T_chop高频率导通、关断切换，其中，T_chop为斩波周期，t_on为一个T_chop内S₂导通的时间，而在S₂导通时，外施电压+U_s加在相绕组两端，当S₂关断时，相电流i则通过S₁、VD₂构成的“零电压回路”续流。如图2-33a所示，电压PWM硬斩波方式中，在θ_on至θ_off的斩波区间内，S₁并非一直导通，而是与S₂同时开通、关断，当S₁、S₂导通时，+U_s加在相绕组两端，而当S₁、S₂关断时，VD₁、VD₂导通，-U_s加于相绕组两端，相电流i通过VD₁、U_s、VD₂构成的回路续流。如同CCC方式的结论，与硬斩波比较，电压PWM软斩波有利于减小转矩脉动^[176]。