分析2.9SR电动机制动运行方式

SRD作为一种高性能的调速系统，可方便地实现四象限运行，即正、反向电动、制动运行。其中，制动运行有两种用途：一是利用电磁制动转矩实现降速和快速停车；二是将转轴上输入的机械能转变为电能，即发电工作，作开关磁阻发电机（Switched Reluctance Generator，SRG）用。SR电动机回馈制动（再生制动）的实现十分方便，只要加大相绕组的开通角θ_on，使相电流主要在∂L/∂θ＜0区间内出现即可，如图2-60所示。

图2-60 电动、制动工作典型相电流与转子位置角的关系（基于线性模型）

由图2-60可见，制动工作的相电流波形与电动工作的相电流波形对i轴是对称的，这表明了开关磁阻电机的可逆性。制动工作的相电流主要建立在∂L/∂θ＜0区间，且在电感下降区关断，关断时旋转电动势与相电流方向一致，若忽略绕组电阻压降，当旋转电动势高于外电源电压时，续流电流将继续上升，直至在最小电感区域，旋转电动势消失，续流电流快速下降，如图2-60所示。

由开关磁阻电机的可逆性，与电动运行调速控制方法相对应，对制动运行的控制亦主要是调控励磁阶段的电流，且有CCC、电压PWM、APC三种调节电磁制动转矩的方法。

在2.3.3节中，基于SR电动机线性模型式（2-9），且忽略相绕组电阻，求解式（2-22），推导了APC方式下电动工作状态SR电动机相电流的分段解析式。类似2.3.3节的推导过程，不失一般性，设θ₂＜θ_on＜θ₃，可推出APC方式下制动工作状态相电流的分段解析式为

式中，K=（L_max-L_min）/（θ₃-θ₂）=（L_max-L_min）/（θ₅-θ₄）。

由式（2-89）可得到在不同θ_on、θ_off组合下的制动工作状态相电流。图2-61是某四相（8/6极）SR电动机在U_s、ω_r恒定，制动工作状态下相电流随θ_on、θ_off变化的仿真波形。

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图2-61 不同θ_on、θ_off组合下的制动工作状态时相电流仿真波形（基于线性模型）

a）θ_off=40°，θ_on=20°、22°、24°、26°、28° b）θ_on=25°，θ_off=38°、40°、42°

由图2-61可见，当关断角θ_off固定、开通角θ_on较小时，相电流（包括续流电流）较大，将形成较大的电磁制动转矩；而当开通角θ_on固定时，若关断角较小，励磁时间较短，则相电流（包括续流电流）较小，制动转矩亦较小。因此，和SR电动机电动运行一样，θ_on、θ_off是制动运行时控制其电磁转矩、功率的主要参数。前面已指出，当外加电压U_s及θ_on、θ_off固定时，电动运行的SR电动机具有与串励直流电动机相同的外特性，由开关磁阻电机的可逆性，可推知若θ_on、θ_off固定，其制动运行的外特性与串励直流发电机的外特性相同，即有

U_s∝I_Lω_r （2-90）

式中，U_s为输出电压；I_L为负载电流。

事实上，制动运行时，通过调节θ_on、θ_off可实现期望的控制性能。例如，可通过θ_on、θoff的调节，使在不同的I_Lω_r值下输出电压U_s保持恒定。

以上分析基于线性模型且忽略了相绕组电阻，若要提高分析的精度，应计及绕组电阻及相电感的饱和非线性，即采用非线性模型进行数值仿真。只要对3.8节的电动工作状态仿真模型略作修改，即可建立开关磁阻电机制动工作状态下非线性动态仿真模型。图2-62为样机2在CCC方式下制动运行相电流及电磁转矩非线性仿真的结果。

图2-62 样机2在制动运行时一相电流及其电磁转矩非线性仿真结果（CCC方式，θ_on=38°，θ_off=67°，ω_r=157rad/s）