開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上(Switched Reluctance Driver，簡稱SRD)是以現(xiàn)代電力電子與微機控制技術(shù)為基礎(chǔ)的機電體化產(chǎn)品。除了具有顯著的節(jié)能效果外，的理論研究和實踐證明，它與常用的三相異步電動機相比還有以下優(yōu)點:    1.電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固，制造工藝簡單，成本低，可工作于極高轉(zhuǎn)速；定子線圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強振動環(huán)境；    2.起動轉(zhuǎn)矩大，低速性能好，無感應電動機在起動時所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象；  3.調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩；l&#

2、160;l 4.在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高效率；  5.損耗主要產(chǎn)生在定子，電機易于冷卻，轉(zhuǎn)子無永磁體，無高溫退磁現(xiàn)象；l l 6.轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，從而可最大限度簡化功率變換器，降低系統(tǒng)成本；  7.功率變換器不會出現(xiàn)直通故障，可靠性高；l l 8.能四象限運作，具有較強的再生制動能力；(SRD) (SRD)是當今世界最新、性能價格比最高的調(diào)速系統(tǒng)。它是一種基于改變供電電源頻率的調(diào)速方式交流變頻調(diào)速系統(tǒng)應運而生。而開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(又稱開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng))簡稱SRD系統(tǒng),是它們中嶄新的一種系統(tǒng),并且已經(jīng)是智能化和模塊化,不僅調(diào)速性優(yōu)越

3、，而且各種保護功能也很完善，已在很多方面大量使用。這項技術(shù)一經(jīng)問世，便以其寬廣的調(diào)速范圍，良好的機械特性，卓越的啟動制動性能，節(jié)能，易維護等一系列突出優(yōu)點而引起電氣及其他行業(yè)的關(guān)注。SRD系統(tǒng)是磁阻電動機和電力電子技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種機電一體化裝置,主要由SRM開關(guān)磁阻電動機、功率變換器、單片機(或DSP芯片)、電流及位置檢測器等五大部分組成。其組成與特點： 1.1開關(guān)磁阻電動機(Switched Reluctance Motor,簡稱SRM) 是系統(tǒng)中實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件, 它與傳統(tǒng)的磁阻電動機相比，具有本質(zhì)的區(qū)別。在結(jié)構(gòu)上，SRM采用雙凸極形式，即定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式構(gòu)造；定子線圈采用集中

4、式而不是分布式繞組；加在定子繞組上的電壓為不連續(xù)的矩形波而非連續(xù)的正弦波。轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無繞組也無永磁體，定子各極上繞有集中繞組。圖2所示為8/6極（定子八極、轉(zhuǎn)子六極）四相SRM剖面圖. SRM有兩種獨特的運行方式：低速時采用電流斬波方式；高速時采用單脈沖角度控制方式。在電流斬波方式中，系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)相繞組電流的大小來控制轉(zhuǎn)矩，因此能準確知道繞組中實際電流的大小，對電流進行反饋是很必要的；在角度位置控制方式中，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角和關(guān)斷角來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制，此時電流己不再作為控制量，但為了防止系統(tǒng)過載或故障則要進行過流保護，所以系統(tǒng)中需要進行電流檢測。 1.11開關(guān)磁阻電動機(SR

5、M)工作原理遵循“磁阻最小原理”，通電后，磁路有向磁阻最小路徑變或化的趨勢。當轉(zhuǎn)子凸極與電子凸極錯位時，氣隙大、磁阻大：一旦定子磁極繞組通電，就會形成對轉(zhuǎn)子凸起的磁拉力，使氣隙變小一一磁路磁阻變小。與此同時用電子開關(guān)按一定邏輯關(guān)系切換定子磁極繞組的通電相序，即可形成連續(xù)旋轉(zhuǎn)的力矩。開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的調(diào)速功能是由開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)子位置檢測器、功率變換器和控制器(即單片機或DSP芯片)共同配合實.的發(fā)展趨勢展望作為一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，以其結(jié)構(gòu)簡單、低成本、高效率、優(yōu)良的調(diào)速性能和靈活的可控性，愈來愈得到人們的認可和應用。目前已成功應用于在電動車用驅(qū)動系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)應用、伺服系統(tǒng)、高速驅(qū)動

6、、航空航天等眾多領(lǐng)域中，成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力競爭者。 美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家都開展了SRD系統(tǒng)的研制工作。在國外的應用中，SRD一般用于牽引中，例如電瓶車和電動汽車。同時高速性能是SRD的一個特長的方向。據(jù)報道，美國為空間技術(shù)研制了一個25000r/min、90kW的高速SRD樣機。SRD系統(tǒng)的研究已被列入我國中、小型電機“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項目。 華中科技大學開關(guān)磁阻電機課題組在“九五”項目中研制出使用SRD的純電動轎車，在“十五”項目中將SRD應用到混合動力城市公交車，均取得了較好的運行效果。紡織機械研究所將SRD

7、應用于毛巾印花機、卷布機，煤礦牽引及電動車輛等，取得了顯著的經(jīng)濟效益。 近年來功率電子技術(shù),數(shù)字信號處理技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，而且隨著智能技術(shù)的不斷成熟及高速高效低價格的數(shù)字信號處理芯片（DSP）的出現(xiàn)，利用高性能DSP開發(fā)各種復雜算法的間接位置檢測技術(shù),無需附加外部硬件電路，大大提高了開關(guān)磁阻電機檢測的可靠性和適用性,必將更大限度地顯示SRD的優(yōu)越性。 90年代進一步以計算機控制的柔性制造系統(tǒng)、主體倉庫、機器人進行裝配等組合起來，由計算機控制材料、部件的供應管理、達到全廠高效率、高質(zhì)量的全自動化均衡生產(chǎn)，設(shè)計和制造水平不斷提高，專用控制芯片和集成功率器件不斷被開發(fā)出來，開關(guān)磁阻電機性能和

8、適用性不斷增強。隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的日益發(fā)展，各行各業(yè)的機械化、自動化程度越來越高，為開關(guān)磁阻電機提供了巨大的潛在市場。為的機械特性,至所以說它機械特性好是因啟動轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩的2-3倍。功率變換器是開關(guān)磁阻電動機-運行時所需能量的提供者，是連接電源和電動機繞組的開關(guān)部件。通過它將電源能量饋入電機，也可將電機內(nèi)的磁場儲能反饋回電源，其功率變換電路所用的開關(guān)部件為快速絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。 理論與實踐證明：SRD系統(tǒng)在單位體積轉(zhuǎn)矩值、效率、逆變器伏安容量及其性能參數(shù)上，可與目前的變頻調(diào)速系統(tǒng)競爭。該機種在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動慣量的比值上占有較大的優(yōu)勢，特別是兩種臨界轉(zhuǎn)速的，使可變范圍廣，可控因素

9、多，是一種較理想的新型調(diào)速系統(tǒng)。 值此需要特別指出,它與眾不同的是，SRD系統(tǒng)很容易通過改變電動機的工作方式和控制參數(shù)實現(xiàn)不同的性能特點和滿足特殊的性能指標，尤其當采用單片機或DSP單片可編程微處理器芯片為控制核心時，往往只需通過修改軟件，便能滿足用戶許多不同的性能要求。 隨著科技能力的不斷進步，以及半導體集成控制技術(shù)水平的提高，SRD系統(tǒng)已有了系列化產(chǎn)品，其多種中小功率SRD系統(tǒng)在不同的工業(yè)部門和家用電器中得到應用。 2、SRD系統(tǒng)的特性  主要表現(xiàn)在： 啟動電流小(30%額定電流)，啟動轉(zhuǎn)矩大，大于額定轉(zhuǎn)矩的2-3倍； 調(diào)速范圍廣；調(diào)速比大于20:1，調(diào)速平滑無極； 負載特性好；

10、穩(wěn)定精度高，在負載大小變化時，轉(zhuǎn)速保持不變其穩(wěn)速精度正負0.5%； 系統(tǒng)效率高，從低速、中速到高速，系統(tǒng)效率均達到85%以上； 機械結(jié)構(gòu)牢固，可免維護運行； 具有啟動時低電流、大轉(zhuǎn)矩的特性，其電動機和控制器在啟動過程中電流沖擊小，發(fā)熱較連續(xù)額定運轉(zhuǎn)時還小； 在制動運行和電動運轉(zhuǎn)時，同樣具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。因此，適用于頻繁啟動或頻繁正反轉(zhuǎn)運行的場合，轉(zhuǎn)換頻率可達1000次h。正因為具有以上特點，所以能開發(fā)應用的領(lǐng)域相當廣泛。 3、開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(SRD)的應用 開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(SRD)的應用范圍非常廣泛，隨著科技能力的不斷進步，以及半導體集成控制技術(shù)水平的提高，SRD系

11、統(tǒng)已有了系列化產(chǎn)品，其多種功率SRD系統(tǒng)在不同的工業(yè)部門和家用電器及國防軍工中得到應用。如需頻繁啟動、停止、快速頻繁正反轉(zhuǎn)及需在很寬范圍內(nèi)調(diào)速的設(shè)備。如機械行業(yè)的龍門刨床、銑床，冶金行業(yè)的可逆軋機、飛鋸、飛剪、電弧爐的電極升降，科研試驗設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、食品、印刷機械、汽車、電力機車及空間技術(shù)、家用電器等。 3.1在龍門刨床中的應用 龍門刨床是加工大面積金屬平面的常見機床，其切削過程為：橫梁和側(cè)刀架在立柱上移動，垂直刀架在橫梁上左右移動，工件所在的工作臺在導軌上作直線往復運動。單就工作臺的傳動電機則要求：*能頻繁快速地實現(xiàn)啟動、制動及正反旋轉(zhuǎn)，并能在直線往復運動中自動平穩(wěn)地變換速度。*能在20的

12、速比范圍內(nèi)平滑地調(diào)速。*能在工件吃刀后，不低于吃刀前速度的95。*在任一速度下?lián)Q向時，沖擊電流限制在允許值內(nèi)。*工作臺在往復換向時切削點過切刀的距離不超過7一Bom，并能實現(xiàn)良好地制動。 過去多采用直流電動機和直流調(diào)速系統(tǒng)，雖然在性能上滿足了需要，但缺點是：結(jié)構(gòu)復雜，體積大，操作麻煩，維護量多，效率低，能耗高。近年來，使用了SRD后，省去了減速器，簡化了結(jié)構(gòu)，方便了操作，減少了能耗，降低了成本。 3.2 用于紡織“探邊”設(shè)備 經(jīng)過紡織行業(yè)的“探邊” 與“對中”設(shè)備的實踐使用，取得了較好的效果。對作為“探邊”設(shè)備的動力，其反應速度小于0.3s，即電動機運轉(zhuǎn)時，接到指令后，能在0.3s內(nèi)實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，

13、并要求在24小時內(nèi)連續(xù)頻繁運轉(zhuǎn)，同時要求在較寬廣范圍內(nèi)進行無級調(diào)速。這些功能都是在變頻調(diào)速系統(tǒng)難以實現(xiàn)的。 3.3 用于家用電器: 將克服當今洗衣機和空調(diào)機、電冰箱的缺陷，成為更完善新一代產(chǎn)品。 3.3.1 目前世界上使用面廣的現(xiàn)代洗衣機主要有二大類：一是波輪式全自動洗衣機，二是滾筒式全自動洗衣機。這兩類洗衣機對電動機有共同的性能要求：即洗滌時要電機低速旋轉(zhuǎn)，且能適應頻繁正反轉(zhuǎn)；脫水時要電機高速旋轉(zhuǎn)。為此，它們均采用一種2極/16極變極雙速單相異步電動機，勉強達到使用要求，但存在著調(diào)速性能差與效率低(一般均在30%以下)、啟動電流大(特別是作頻繁正反轉(zhuǎn)洗滌狀況時竟達到額定電流的7-8倍以上)。

14、 而采用SRD系統(tǒng)代替原2極/16極變極雙速單相異步電動機,則可以克服上述缺陷。因SRD系統(tǒng)有寬廣的調(diào)速范圍，可以使“洗滌”與“脫水”均工作在最佳的轉(zhuǎn)速上；SRD 系統(tǒng)良好的啟動性能可消除洗滌過程中啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，使冼滌、換向平穩(wěn)無噪聲；實現(xiàn)全部調(diào)速范圍的高效率，大大減少耗電量。 3.3.2空調(diào)、電冰箱的核心部件都是壓縮機，大都是由單相異步電動機帶動壓縮機，作二位置式的通斷控溫，因而系統(tǒng)效率與功率因數(shù)均低，并且溫度的起伏范圍大。況且啟動時因電流大對電網(wǎng)有嚴重的沖擊。雖則近年來有“變頻空調(diào)”新產(chǎn)品，它采用異步電動變頻調(diào)速系統(tǒng)取代單相異步電機空調(diào)機并獲得了制冷速度快、運行噪音小，效率高，節(jié)能

15、等一系優(yōu)越性，但由于變頻調(diào)速系統(tǒng)通常運行在中、低速時，機械特性差，系統(tǒng)效率和功率因素下降明顯。而變頻空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機電機恰恰大多數(shù)時間運行在中、低速，僅在剛剛開啟才會運行在高速，所以這給變頻空調(diào)的節(jié)能優(yōu)越性大大地打了個折扣。反之SRD系統(tǒng)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，有更高的電能-機械能轉(zhuǎn)換效率，特別是在中低速時，優(yōu)勢尤為突出。從而能有效的克服了變頻調(diào)速系統(tǒng)的弊端，使節(jié)能更為有效。一般情況下,空調(diào)均是高耗能型家電，如果能節(jié)5%能以上，必將會獲得較大的經(jīng)濟與社會效益。 3.4在電動車與驅(qū)動上的應用 由于燃油汽車廢氣嚴重污染環(huán)境，故發(fā)展和完善無污染的電動車是社會的必然。而發(fā)展電動車除了隨車的蓄電池要有高能量

16、密封之外，再則就是要有性能和效率很優(yōu)越的電動機調(diào)速系統(tǒng)作動力。而SRD系統(tǒng)高效率、高可靠性、寬廣的調(diào)速范圍，卓越的啟、制動性能，它是各類電動車最理想的動力之一。 除此以還,國外還在下列車輛中開發(fā)使用: 電動自行車和電動摩托車、公共汽車、輪椅車、高爾夫球車、割草機、小型電動汽車。 3.5高速運行應用場合的開發(fā) 由于SRM電動機具有堅固性和需要相對低的開關(guān)頻，所以在疊片性能和軸承滿足的條件下可作高速傳動與運行，為此作為開發(fā)高速SRD系統(tǒng)又是一個應用方向。據(jù)有關(guān)資料，美國為空間技術(shù)應用研制了25000r/min、90Kw的高速SRD樣機，其電動機有效材料僅為10Kg。 4、結(jié)束語 雖然SRD系統(tǒng)系統(tǒng)

17、在我國出現(xiàn)較晚，產(chǎn)業(yè)化工作滯后，它的特點目前尚未被廣大用戶所了解，但由于SRD系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的控制性能，從而使得某些領(lǐng)域可取代現(xiàn)在仍廣泛采用的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，特別是在一些現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)難以勝任的場所，發(fā)揮作用。為此，可以肯定開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)可望在21世紀盡顯光彩。的優(yōu)勢一    調(diào)速系統(tǒng)之所以能在現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)中異軍突起，主要是因為它卓越的系統(tǒng)性能，主要表現(xiàn)在：     1.電動機結(jié)構(gòu)簡單成本低    2.電動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可用于高速運轉(zhuǎn)。SRD的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應電動機還要簡單。其突出的優(yōu)點是

18、轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，因此不會有鼠籠感應電機制造過程中鑄造不良和使用過程中的斷條等問題。其轉(zhuǎn)子機械強度極高，可以用于超高速運轉(zhuǎn)（如每分鐘上萬轉(zhuǎn)）。在定子方面，它只有幾個集中繞組，因此制造簡便、絕緣結(jié)構(gòu)簡單。 功率電路簡單可靠    3.功率電路簡單可靠。因為電動機轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān)，即只需單方相繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關(guān)。對比異步電動機繞組需流過雙向電流，向其供電的PWM變頻器功率電路每相需兩個功率器件。因此，開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)較PWM變頻器功率電路中所需的功率元件少，電路結(jié)構(gòu)簡單。另外，PWM變頻器功率電路中每橋臂兩個功率開關(guān)管

19、直接跨在直流電源側(cè)，易發(fā)生直通短路燒毀功率器件。而開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)中每個功率開關(guān)器件均直接與電動機繞組相串聯(lián)，根本上避免了直通短路現(xiàn)象。因此開關(guān)磁阻調(diào)速電動機調(diào)速系統(tǒng)中功率電路的保護電路可以簡化，即降低了成本，又有較高的工作可靠性。     4.系統(tǒng)可靠性高。從電動機的電磁結(jié)構(gòu)上看，各項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)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，電動機才能正常運轉(zhuǎn)。從控制結(jié)構(gòu)上看，各相電路各自給一相繞組供電，一般也是相互獨立工作。由此可知，當電動機一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時，只需停止該相工

20、作，電動機除總輸出功率能力有所減小外，并無其他妨礙。 起動轉(zhuǎn)矩大起動電流低的優(yōu)勢二    5.起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流低?？刂破鲝碾娫磦?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。典型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)是：起動電流為額定電流的15%時，獲得起動轉(zhuǎn)矩為100%的額定轉(zhuǎn)矩；起動電流為額定電流的30%時，起動轉(zhuǎn)矩可達其額定轉(zhuǎn)矩的250%。而其他調(diào)速系統(tǒng)的起動特性與之相比，如直流電機為100%的電流，鼠籠感應電動機為300%的電流，獲得100%的轉(zhuǎn)矩。起動電流小而轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點還可以延伸到低速運行段，因此本系統(tǒng)十分合適那些需要重載起動和較長時間低速重載運行的機械。 適

21、用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行    6.適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行。本系統(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小，電動機和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運行時還要小。可控參數(shù)多使其制動運行能與電動運行具有同樣優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。二者綜合作用的結(jié)果必然使之適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行，次數(shù)可達1000次/小時。 可控參數(shù)多調(diào)速性能好    7.可控參數(shù)多，調(diào)速性能好?？刂崎_關(guān)磁阻電動機的主要運行參數(shù)和常用方法至少有四種：相導通角、相關(guān)斷角、相電流幅值、相繞組電壓?？煽貐?shù)多，意味著控制靈活方便?？梢愿鶕?jù)對電

22、動機的運行要求和電動機的情況，采取不同控制方法和參數(shù)值，即可使之運行于最佳狀態(tài)（如出力最大、效率最高等），還可使之實現(xiàn)各種不同的功能的特定曲線。如使電動機具有完全相同的四象限運行能力，并具有最高起動轉(zhuǎn)矩和串勵電動機的負載能力曲線。由于SRD速度閉環(huán)是必備的，因此系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)速精度，可以很方便的構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 效率高損耗小    8.效率高，損耗小。本系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。這是因為一方面電動機繞組無銅損；另一方面電動機可控參數(shù)多，靈活方便，易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同負載下實現(xiàn)高效優(yōu)化控制。以3kW SRD為例，其系統(tǒng)效率在很寬范圍內(nèi)都在87%以上，這是其它一些調(diào)速系統(tǒng)不容易達到的。將本系統(tǒng)同PWM變頻器鼠籠型異步電動機的系統(tǒng)進行比較，