開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)論文

1、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)論文  電氣1284班12號(hào)齊治平1.概論 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器與位置檢測(cè)器四部分組成。控制器內(nèi)包含控制電路與功率變換器，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器則安裝在電機(jī)的一端。其電機(jī)部分由于是運(yùn)用了磁阻最小原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。2.運(yùn)行特性 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，可靠性

2、高，覆蓋功率范圍10W5MW的各種高低速驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。使的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)存在許多潛在的領(lǐng)域，在各種需要調(diào)速和高效率的場(chǎng)合均能得到廣泛使用（電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器、紡織機(jī)械、電力傳動(dòng)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域）。優(yōu)點(diǎn) 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，電機(jī)的轉(zhuǎn)子沒(méi)有繞組和磁鐵。 電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體，允許較高的溫升。由于繞組均在定子上，電機(jī)容易冷卻。效率高，損耗小。 轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān)，只需單方相繞組電流，每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)，功率電路簡(jiǎn)單可靠。 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有電刷結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適用于高速驅(qū)動(dòng)。 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，有較高轉(zhuǎn)矩慣量比。 調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種再生制動(dòng)能力。 并具頻繁啟動(dòng)（1000次/小時(shí)），正向反向

3、運(yùn)轉(zhuǎn)的特殊場(chǎng)合使用。 且啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速時(shí)更為突出。 電機(jī)的繞組電流方向?yàn)閱畏较?，電力控制電路?jiǎn)單，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。 可通過(guò)機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿足各種特殊使用要求。缺點(diǎn)其工作原理決定了，如果需要開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，必須使電機(jī)與控制配合的很好。因其要使用位置傳感器，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了可靠性。對(duì)于電機(jī)本身而言，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大是其固有的缺點(diǎn)；在電機(jī)遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)點(diǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大會(huì)體現(xiàn)的更加明顯。如果單純使用電流斬波或最優(yōu)導(dǎo)通角控制方法，對(duì)其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的改善不是很大，需要加入更加復(fù)雜的算法。另外，運(yùn)行時(shí)噪音和振動(dòng)較大、非線形性強(qiáng)也是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)需要解決的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)實(shí)用的

4、磁阻電機(jī)屬于初級(jí)階段，部分產(chǎn)品控制相對(duì)粗放，電機(jī)的響應(yīng)速度慢、低速下的脈動(dòng)大，難以實(shí)現(xiàn)較高的控制精度。雙凸極結(jié)構(gòu)磁阻電機(jī)的定子鐵芯有六個(gè)齒極，轉(zhuǎn)子鐵芯有四個(gè)齒極，均由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制后疊成。 與普通電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子與定子之間有很小縫隙，轉(zhuǎn)子可在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸極結(jié)構(gòu)。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），是向電機(jī)提供工作磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組。在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有線圈，這是磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)。三相6/4結(jié)構(gòu)工作原理磁阻電動(dòng)機(jī)是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用齒極間的吸引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。定子六個(gè)齒極上繞有線圈，徑向相對(duì)的兩個(gè)線圈連接在一起，

5、組成一“相”，該電機(jī)有3相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱該電機(jī)為三相6/4結(jié)構(gòu)。為方便分析磁路，我們把相對(duì)的相分別標(biāo)為a、b、c相，各相線圈由開(kāi)關(guān)控制電流通斷，約定轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)角為0度。A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度為止，到了30度轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)磁路最短。為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度前已切斷A相電源在30度時(shí)接通B相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度為止。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度前切斷B相電源在60度時(shí)接通C相電源，磁通從最近

6、的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度為止。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度前切斷C相電源，轉(zhuǎn)子在90度的狀態(tài)與前面0度開(kāi)始時(shí)一樣，重復(fù)前面過(guò)程，接通A相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會(huì)不停的旋轉(zhuǎn)。這就是磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理。3.先進(jìn)技術(shù)電動(dòng)車應(yīng)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)最初的應(yīng)用領(lǐng)域就是電動(dòng)車。目前電動(dòng)摩托車和電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁無(wú)刷及永磁有刷兩種，然而采用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)高能量密度和系統(tǒng)效率為關(guān)鍵指標(biāo)時(shí)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)變?yōu)槭走x對(duì)象。 SRD開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊牢固，適合于高速運(yùn)行，并且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單成本低、性能可靠，在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率

7、都比較高，而且可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限控制。這些特點(diǎn)使SRD開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很適合電動(dòng)車輛的各種工況下運(yùn)行，是電動(dòng)車輛中極具有潛力的機(jī)種。SRD的最大特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，噪聲大；此外，相對(duì)永磁電機(jī)而言，功率密度和效率偏低；另一個(gè)缺點(diǎn)是要使用位置傳感器，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了可靠性。因此無(wú)傳感器的SRD也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)不僅效率高，而且在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持高效率，這是其它類型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)難以達(dá)到的。這種特性對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)行情況尤為適合，有利于提高電動(dòng)車的續(xù)駛里程。 （2）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)很容易通過(guò)采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計(jì)滿足電動(dòng)車四象

8、限運(yùn)行的要求，并且還能在高速運(yùn)行區(qū)域保持強(qiáng)有力的制動(dòng)能力。 （3）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有很好的散熱特性，從而能以小的體積取得較大的輸出功率，減小電機(jī)體積和重量。（4）通過(guò)調(diào)整開(kāi)通角和關(guān)斷角，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)完全可以達(dá)到它激直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)良好的控制特性，而且這是一種純邏輯的控制方式，很容易智能化，從而能通過(guò)重新編程或替換電路元件，方便地滿足不同運(yùn)行特性的要求。 （5）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)無(wú)論電機(jī)還是功率變換器都十分堅(jiān)固可靠，無(wú)需或很少需要維護(hù)，適用于各種惡劣、高溫環(huán)境，具有良好的適應(yīng)性。風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用普通的發(fā)電機(jī)，如如異步發(fā)電機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)要輸出固定電壓，其轉(zhuǎn)速也須固定。而風(fēng)速是時(shí)刻變化的，所以風(fēng)輪機(jī)的

9、轉(zhuǎn)速必須固定不變，導(dǎo)致網(wǎng)通利用效率低下。顯然，如果使用變速發(fā)電機(jī)就能提高風(fēng)能利用效率（即變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)），而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)正滿足了這樣的要求。開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)用于風(fēng)力發(fā)電有如下優(yōu)勢(shì)：1、可以方便的發(fā)出電壓恒定的直流電，尤其對(duì)于它勵(lì)方式，輸出電壓直接由勵(lì)磁電壓決定，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。在自勵(lì)方式下，也可以通過(guò)自身的控制器實(shí)現(xiàn)電壓恒定。2、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上無(wú)刷、無(wú)繞阻、無(wú)永久磁體，因此成本低廉；不存在銅耗，發(fā)電效率高；同時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。低頻時(shí)不會(huì)出現(xiàn)像變頻供電的感應(yīng)電機(jī)在低頻時(shí)出現(xiàn)的不穩(wěn)定和振蕩問(wèn)題。因此即使在網(wǎng)速較低的情況下，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，也可以在風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)

10、下實(shí)現(xiàn)較高的發(fā)電效率，從而省去了齒輪箱。3、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有優(yōu)良的高速性能，能夠在寬廣的速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，因而可以適應(yīng)不同網(wǎng)速的要求，高效的利用網(wǎng)通。4、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可控參數(shù)多，如開(kāi)通角，關(guān)斷角，直流斬波限，勵(lì)磁電壓等，可方便的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制策略。5、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有自勵(lì)能力，只需要小容量的直流起勵(lì)電源，就可以自動(dòng)建立電壓。若與蓄電池構(gòu)成互補(bǔ)系統(tǒng)，更可以體現(xiàn)分時(shí)勵(lì)磁和發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。6、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)各相在物理和電磁上相互獨(dú)立，即使缺相的情況下，仍可維持工作，具有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力。家電行業(yè)應(yīng)用隨著人們生活水平的提高，洗衣機(jī)已逐漸深入千家萬(wàn)戶，洗衣機(jī)也經(jīng)歷了手動(dòng)機(jī)械洗衣機(jī)、半自動(dòng)洗衣機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的發(fā)展過(guò)程，并不斷智能化。洗衣機(jī)電機(jī)也由簡(jiǎn)單的有級(jí)調(diào)速電機(jī)發(fā)展為無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)由于低成本、高性能、智能化已開(kāi)始應(yīng)用于洗衣機(jī)，在美國(guó)高檔洗衣機(jī)中已小批量采用，并取得明顯的優(yōu)點(diǎn)： （1）很低的洗滌速度。 （2）良好的衣物分布性。 （3）滾筒平衡性好。 （4）快速安全停機(jī)。 （5）軟起動(dòng)。 （6）電流限幅。 （7）