開關(guān)磁阻電動機.

1、7-1 SRM 結(jié)構(gòu)與基本原理結(jié)構(gòu)與基本原理7-2 SRM 的簡單分析及控制策略的簡單分析及控制策略7-3 SRD 功率變換器基礎功率變換器基礎7-4 SRD 位置傳感器位置傳感器7-5 SRD 控制器簡介控制器簡介7-6 SRD 研究概況研究概況1、雙凸極結(jié)構(gòu)、雙凸極結(jié)構(gòu)2、定子集中繞、定子集中繞組、繞組為單組、繞組為單方向通電方向通電 3、轉(zhuǎn)子無繞組、轉(zhuǎn)子無繞組磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必定使自己的軸線與主在移動到最小磁阻位置時，必定使自己的軸線與主磁場的軸線重合磁場的軸線重合A-A 通電通電 1-1 與

2、與A-A重合重合B-B 通電通電 2-2 與與B-B重合重合C-C 通電通電 3-3 與與C-C重合重合D-D 通電通電 1-1 與與D-D重合重合12/8 極三相開關(guān)磁阻電動機極三相開關(guān)磁阻電動機SR電機：實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換，可以為單相、兩相、三電機：實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換，可以為單相、兩相、三相、四相，相、四相，.功率變換器：向電機提供所需電能，由蓄電池或整流功率變換器：向電機提供所需電能，由蓄電池或整流電源供電。電源供電。 SR電機的功率變換器不僅簡單，且是與相電機的功率變換器不僅簡單，且是與相繞阻串聯(lián)的，可以防止短路；可以選擇具有最少開關(guān)繞阻串聯(lián)的，可以防止短路；可以選擇具有最少開關(guān)器件的電路

3、，降低成本。器件的電路，降低成本。控制器控制器調(diào)速系統(tǒng)的中樞調(diào)速系統(tǒng)的中樞1 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號確定導通相，給出觸發(fā)信號，控制根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號確定導通相，給出觸發(fā)信號，控制功率變換器開關(guān)功率變換器開關(guān)2 比較給定與反饋信號比較給定與反饋信號(I,n)，采取一定的控制方式，調(diào)，采取一定的控制方式，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速節(jié)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速電流檢測：斬波控制、過流保護電流檢測：斬波控制、過流保護位置檢測：確定定、轉(zhuǎn)子相對位置，然后將位置信號反位置檢測：確定定、轉(zhuǎn)子相對位置，然后將位置信號反饋到控制電路，決定對應相繞組的通斷。饋到控制電路，決定對應相繞組的通斷。1 1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以、為了避免

4、單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以雙凸極的雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)Zs 和和Zr 應為偶數(shù)。應為偶數(shù)。2 2、ZsZr，但應盡量接近。，但應盡量接近。因為當定子和轉(zhuǎn)因為當定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時，就可能加大定子相繞組電感子齒槽數(shù)相近時，就可能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機出力的重隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機出力的重要因素。要因素。常用極數(shù)關(guān)系：常用極數(shù)關(guān)系：Zs=Zr+2相數(shù)關(guān)系：相數(shù)關(guān)系：m=Zs/2 相數(shù)相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9定子極數(shù)定子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 18轉(zhuǎn)子極數(shù)轉(zhuǎn)子極數(shù) 4 6 8 10 12 14 16步進角步進角(度

5、度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 SR電機常用方案電機常用方案 相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動越小，但成本越高，相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動越小，但成本越高，故常用三相、四相，還有人在研究兩相、單相故常用三相、四相，還有人在研究兩相、單相SRM1)1)電動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高電動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速速, , 開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)比通常認開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)比通常認為最簡單的鼠籠式感應電動機還要簡為最簡單的鼠籠式感應電動機還要簡單。單。2)2)功率電路簡單可靠功率電路簡單可靠 因為電動機轉(zhuǎn)矩因為電動機轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān)，即只需單方向與繞組電流方向無關(guān)，即只需單方向繞組電流

6、，故功率電路可以做到方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關(guān)。每相一個功率開關(guān)。3)3)各相獨立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng)各相獨立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng) 從電動機的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路從電動機的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路相互獨立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁相互獨立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動機中必須在各相繞轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動機中必須在各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動機才能正常運轉(zhuǎn)電動機才能正常運轉(zhuǎn)。4)4)高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流 控制器從電源控制器從電源側(cè)吸收較少

7、的電流，在電機側(cè)得到較大的起側(cè)吸收較少的電流，在電機側(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點。動轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點。 （SR:0.4IN,1.4TN IM:6-7IN,2-3TN）5)5)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運行適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運行 SRDSRD系統(tǒng)具有的高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流系統(tǒng)具有的高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流的特點，使之在起動過程中電流沖擊的特點，使之在起動過程中電流沖擊小，電動機和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定小，電動機和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運行時還小。運行時還小。6)6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好可控參數(shù)多，調(diào)速性能好 控制開關(guān)控制開關(guān)磁阻電動機的主要運行參數(shù)和常用方磁阻電動機的主要運行參

8、數(shù)和常用方法至少有四種法至少有四種: :相開通角相開通角, ,相關(guān)斷角相關(guān)斷角, , 相電流幅值相電流幅值, ,相繞組電壓。相繞組電壓。7)7)效率高，損耗小效率高，損耗小 SRDSRD系統(tǒng)是一種系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。8)8)可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設計滿可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設計滿足各種特殊使用要求足各種特殊使用要求 。9)9)缺點：轉(zhuǎn)矩脈動、振動、噪聲缺點：轉(zhuǎn)矩脈動、振動、噪聲 但但可通過特殊設計克服可通過特殊設計克服 7-2 SRM 的分析及其控制策略的分析及其控制策略不計磁滯、渦流及繞組間互感時，不計磁滯、渦流及繞組間互感時，m相相SR電電機系統(tǒng)示意圖機系統(tǒng)示

9、意圖 J轉(zhuǎn)子與負載的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)子與負載的轉(zhuǎn)動慣量 D粘性摩擦系數(shù)粘性摩擦系數(shù) TL負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩第第k相繞組的相電壓平衡方程相繞組的相電壓平衡方程:所以：所以：電阻壓降電阻壓降dtdLidtdiiLiLiRdtddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkkLeTdtdDdtdJT22diiWci0),(-i),(iWTcediTmNTrNerav/20),(27-2-2 簡化線性模型簡化線性模型不計磁路飽和，假定繞組電感與電流無關(guān)，不計磁路飽和，假定繞組電感與電流無關(guān)，此時電感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)此時電感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān) 1 0 2 3 0 4 5 SR電機相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化電機相電感隨轉(zhuǎn)

10、子位置變化stator = 1位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 1stator =0o位置位置rotor定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 =0ostator = 2位置位置rotor轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 2stator = 3位置位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置rotor 3stator = 4位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 4stator = 5位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹

11、槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 5 1 0 2 3 0 4 5 =0 定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 1( 5) 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 2 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 3 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 4 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置SR電機繞組電感的分段線性解析式：電機繞組電感的分段線性解析式：-544max43max32min221min)()()(KLLLKL

12、LK=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/sLmin為定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子凹槽中心時的電感為定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子凹槽中心時的電感, Lmax定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感 。相電流解析分析相電流解析分析-zonzoffsoffonsUU,0uk on 2 :電感上升，使繞組電感上升，使繞組電流下降電流下降 off 3 : 在電感達最大之前，繞組在電感達最大之前，繞組關(guān)斷，繞組續(xù)流。關(guān)斷，繞組續(xù)流。 3 z 4 (zz=2=2offoff- -onon) ) 在電感下降之前，續(xù)流結(jié)在電感下降之前，續(xù)流結(jié)束。否則會產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩束。否則會產(chǎn)生反

13、向轉(zhuǎn)矩典型電流波形典型電流波形為避免繁瑣計算，又近似考慮磁路的飽和效應，常為避免繁瑣計算，又近似考慮磁路的飽和效應，常借助準線性模型：將實際非線性磁化曲線分段線性，借助準線性模型：將實際非線性磁化曲線分段線性，且不考慮磁耦合且不考慮磁耦合一段為飽和段，視為與一段為飽和段，視為與 =0的位置的的位置的磁化曲線平行磁化曲線平行,斜率為斜率為Lmin；一段為非飽和段，為；一段為非飽和段，為L( ,i)的的 不飽和段。不飽和段。7-2-3 準線性模型分析準線性模型分析實際磁化曲線實際磁化曲線分段線性磁化曲線分段線性磁化曲線i1SR電機控制策略：電機控制策略：可控量為：可控量為：Us、 on 、 off

14、控制法控制法1：固定：固定 on , off，通過電流斬波限，通過電流斬波限制電流，得到恒轉(zhuǎn)矩制電流，得到恒轉(zhuǎn)矩控制法控制法2：固定：固定 on , off，由速度設定值和，由速度設定值和實際值之差調(diào)制實際值之差調(diào)制Us，進而改變轉(zhuǎn)矩，進而改變轉(zhuǎn)矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，輸出恒功率，輸出恒功率SRSR電機的典型轉(zhuǎn)矩電機的典型轉(zhuǎn)矩- -轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性v功率變換器是直流電源和SRM的接口，起著將電能分配到SRM繞組中的作用，同時接受控制器的控制。 v由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要單極性供電的功率變換器。功率變換器應能迅速從電源接受電能，又能迅速向

15、電源回饋能量。（1）較少數(shù)量的主開關(guān)元件；）較少數(shù)量的主開關(guān)元件；（2）可將全部電源電壓加給電動機相繞）可將全部電源電壓加給電動機相繞組；組；（3）主開關(guān)器件的電壓額定值與電動機）主開關(guān)器件的電壓額定值與電動機接近；接近；（4）具備迅速增加相繞組電流的能力；）具備迅速增加相繞組電流的能力；（5）可通過主開關(guān)器件調(diào)制，有效地控）可通過主開關(guān)器件調(diào)制，有效地控制相電流；制相電流；（6）能將能量回饋給電源。）能將能量回饋給電源。1、雙開關(guān)型、雙開關(guān)型每相有兩只主開關(guān)每相有兩只主開關(guān)和兩只續(xù)流二極管和兩只續(xù)流二極管。當當S S和和S1S1同時導通同時導通時，電源時，電源UsUs向電機向電機相繞組相繞組

16、A A供電；供電；當當S S和和S1S1同時關(guān)斷時，同時關(guān)斷時，電流經(jīng)電流經(jīng)VD1VD1和和VD2VD2續(xù)續(xù)流，將磁場儲能以流，將磁場儲能以電能形式迅速回饋電能形式迅速回饋電源，實現(xiàn)強迫換電源，實現(xiàn)強迫換相。相。雙開關(guān)型電路特點：雙開關(guān)型電路特點：1）適用于任意相數(shù)）適用于任意相數(shù)SR電機電機2 2）相控獨立性：獨立）相控獨立性：獨立3 3）相電壓）相電壓= =電源電壓電源電壓4 4）器件數(shù)量多）器件數(shù)量多 雙繞組型電路特點雙繞組型電路特點主開關(guān)主開關(guān)S1S1導通時，導通時，電源對主繞組電源對主繞組A A供供電；電；當其關(guān)斷時，當其關(guān)斷時，靠磁耦合將主繞靠磁耦合將主繞組組A A的電流轉(zhuǎn)移到的電

17、流轉(zhuǎn)移到副繞組，通過二副繞組，通過二極管極管D1D1續(xù)流，向續(xù)流，向電源回饋電能，電源回饋電能，實現(xiàn)強迫換相。實現(xiàn)強迫換相。早期使用的雙繞組結(jié)構(gòu)，每相有主、副兩個繞組，主、副繞組雙線并繞，同名端反接，其匝數(shù)比為1：1。 2 2、雙繞組型、雙繞組型 缺點：缺點：1 1）由于主、副繞組之）由于主、副繞組之間不可能完全耦合，間不可能完全耦合，在在S1S1關(guān)斷的瞬間，因關(guān)斷的瞬間，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上會形成較高的尖峰上會形成較高的尖峰電壓，故電壓，故S1S1需要有良需要有良好的吸收回路。好的吸收回路。2 2）由于采用主、副兩）由于采用主、副兩個繞組，因而電機槽個繞組，因而電機槽及銅

18、線利用率低。銅及銅線利用率低。銅耗增加、體積增大。耗增加、體積增大。優(yōu)點：優(yōu)點：適用于任何相數(shù)的適用于任何相數(shù)的SRMSRM，尤其適宜于低壓直流電源供尤其適宜于低壓直流電源供電電場合場合兩個相串聯(lián)的電容兩個相串聯(lián)的電容C1和和C2將電源電壓一分為二將電源電壓一分為二, ,構(gòu)成中構(gòu)成中點電位。每相只有一個主開關(guān)點電位。每相只有一個主開關(guān)S和一只續(xù)流二極管和一只續(xù)流二極管D。 當當S1導通時，上導通時，上側(cè)電容側(cè)電容C1對對A相相繞組放電，電源繞組放電，電源對對A相供電，經(jīng)相供電，經(jīng)下側(cè)電容下側(cè)電容C2構(gòu)成構(gòu)成回路；當回路；當S1關(guān)斷關(guān)斷時，時，A相電流經(jīng)相電流經(jīng)D1續(xù)流，向下側(cè)續(xù)流，向下側(cè)電容電

19、容C2充電。充電。 1）只適用于偶數(shù)）只適用于偶數(shù)相相SR電機電機2）主開關(guān)數(shù)較少）主開關(guān)數(shù)較少3）相控獨立性：）相控獨立性：不獨立不獨立4）電源利用率低，）電源利用率低，每相電壓為電源電每相電壓為電源電壓的壓的1/2。5）需限制中點電）需限制中點電位漂移位漂移該變換器比四相電容分壓型功率變換器主電路少了兩個串聯(lián)的分壓電容，換相相的磁能以電能形式一部分回饋電源，另一部分注入導通相繞組，引起中點電位的較大浮動。它要求每一它要求每一瞬間必須上、下各瞬間必須上、下各有一相導通。有一相導通。1）只適用于）只適用于4的倍數(shù)相的倍數(shù)相SR電機電機2）主開關(guān)數(shù)較少）主開關(guān)數(shù)較少3）相控獨立性：不獨立）相控獨立性：不獨立4