開關磁阻電動機(1,2章)

開關磁阻電動機的

調速控制理論與設計江蘇大學電氣信息工程學院第1頁第一章第二章第一節(jié)開關磁阻電動機與運行原理第一章開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的組成及發(fā)展

第2頁常見電機的典型結構（6/4極三相；8/6極四相）三相6/4SRM四相8/6SRM第3頁不同相數的開關磁阻電機優(yōu)點：結構簡單、控制電路簡單缺點：轉矩脈動大、不能在任意角度起動，因起動問題限制了其使用。單相開關磁阻電機第4頁兩相開關磁阻電機為克服起動問題，與單相開關磁阻電機相比，增加了階梯式氣隙，結構與控制電路相對比較簡單，但是轉矩脈動還是比較大。由于機械結構制約，只能單向運行。第5頁三相和四相開關磁阻電機三相開關磁阻電機四相開關磁阻電機第6頁電機的運行原理：從簡單的物理意義上看，由于電磁引力的存在，電機轉子總是企圖向磁阻最小的方向運行。從電磁轉矩上分析，某一磁極的磁通與電流的關系如右圖所示。其關系曲線隨位置變化而變化。由于電流i建立的磁場能量：第7頁磁能與磁共能由電磁基本理論，其電磁轉矩：或磁共能：對于某點：第8頁電機轉子轉動時，相電感隨位置角度的變化情況如下：設磁阻最大處產生電動轉矩產生負轉矩或制動轉矩第9頁相繞組電感曲線T=0

控制相繞組在不同位置下通電，就能獲得不同大小和不同方向的轉矩。其他一些類型的SRM外轉子單相開關磁阻電機第10頁三相6/8結構截面圖三相12/10結構截面圖abc根據電磁原理的主要特征與此相類同的電機：1、步進電機，雙凸極磁阻電機；2、反應式同步電動機。反應式同步電動機的原理第11頁3、無換向器直流電動機。無換向器直流電動機的原理第12頁第二節(jié)開關磁阻調速電動機（SRD）

的系統(tǒng)組成SRD基本框圖第13頁第三節(jié)功率變換器1、雙開關式功率變換器主電路三相雙開關式功率變換器主電路第14頁2、電容分壓式四相電容分壓式功率變換器主電路3、電感換相式電感換相式主電路第15頁4、雙繞組式雙繞組式主電路5、電容轉儲式電容轉儲式主電路（一相）第16頁6、公共開關式三相公共開關式主電路第17頁第四節(jié)轉子位置檢測器1、SRM步距角的概念轉子齒數：定子相數：轉子齒距角：定子步距角：各相都導通一次，轉子轉過1個齒距。對于6/4極三相SRM三相三拍運行時：8/6極四相SRM四相四拍運行時：第18頁（一相繞組完成一次導通的效果）2、轉子位置檢測方法四相８/６SRM轉子位置檢測四相８/６SRM轉子基本位置信號第19頁三相6/4SRM轉子位置檢測三相6/4SRM轉子基本位置信號第20頁三相6/4SRM兩個傳感器的位置檢測三相6/4SRM兩個傳感器轉子基本位置信號第21頁第五節(jié)開關磁阻電動機的主要特征與發(fā)展情況１、優(yōu)點：體積比較??；結構簡單；運行效率高；調速范圍寬；低速啟動力矩大；可實行超高速運行。（其他電機的類似情況：交流異步電動機；直流電動機）２、缺點：低速轉矩脈動大；噪聲大；位置傳感器增加了系統(tǒng)復雜性和故障率。３、發(fā)展情況和主要研究方向：工程應用發(fā)展；

第22頁第23頁研究情況的關鍵技術與動態(tài)；無位置傳感器的運行研究；［非勵磁相檢測法；勵磁相檢測法；基于電機模型的狀態(tài)估計法］b.降低力矩脈動和噪聲的研究；c.

SRD調速控制性能的研究；d.優(yōu)化設計的研究；（電動機、功率變換器與控制器）e.系統(tǒng)可靠性和高速化的研究。第一章結束第二章開關磁阻電機的數學模型及調速理論模型：表達相關狀態(tài)變量的數學關系式SRM——狀態(tài)變量為：電流i、磁通鏈、轉子位置；關鍵性的變量為

i，在電機結構確定之后，轉矩主要決定于電流i。按變量參數種類來分類，其模型的分析方法可分為：1、電感參數法：（將磁鏈用電感與電流的乘積表示） 如：第24頁2、非線性磁參數法：（將磁化曲線反演成）3、混合模型方法：（電機磁場的泊松方程和繞組電壓方程聯系）

（J0為電流密度，A為矢量磁位）第25頁

4、關于、、的狀態(tài)方程

第26頁

分別為SRM第n相的磁通鏈、相電壓、相電流、相電阻和相倒電感。和J分別為SRM角頻率、位置角度、阻尼摩擦系數和轉動慣量。第27頁按模型的磁化曲線線性程度可分為：1、線性模型分析法2、準線性模型分析法3、非線性模型分析法第28頁第一節(jié)SRM線性分析根據電壓平衡方程：“+”對應開關閉合；“-”對應于開關斷開。即：（電壓平衡方程）電源電壓自感壓降電阻壓降旋轉電勢壓降1、電流計算：第29頁分段求解：（1）第30頁其中：兩邊對t積分，可得：第31頁t2為主開關斷，續(xù)流開始階段近似可得第32頁續(xù)流階段，且相電流不產生電磁轉矩，磁場儲能全部饋回電流。相電流在外界反電壓作用下近似線性下降。

續(xù)流階段，且產生制動轉矩，進入再生制動狀態(tài)。其中：第33頁2、轉矩計算：瞬時相電流產生的電磁轉矩。（電感不受電流大小的影響）平均電磁轉矩：第34頁第二節(jié)準線性模型分析準線性模型分析是將電機的磁特性曲線分段線性化。1、電機的飽和磁特性及分段線性化第35頁a)電流與電感特性曲線b)磁能關系圖在換向點C前，電機的相繞組接受電流供能。其磁能為：而在換向點C后的續(xù)流階段，電機繞組向電流回饋電能:則每相電流在一個工作周期內轉換為機械能的有效電磁能量W2：第36頁而其中而又第37頁第38頁故m相電機的輸出平均功率：而電機的電磁能轉矩平均值為：第39頁從以上分析可得：1）對開通角

最敏感。2）對關斷角的敏感度較弱。3）當V固定，，平均電磁轉矩變化使其轉速變化，故由機械特性變軟。

第40頁4）由式可得：其中F為電機結構參數，m、θr、θ1、Lmax、Lmin及控制參數θon、θoff的函數，表明SRM的固有機械特性與串勵直流電及相仿。由準線性的分析過程可得5）提高有效能量的方法。（增加W2）a.加大電流ip,使線左移；b.加大磁鏈幅值使線上移；c.加大最大電感，使線左轉；d.減小最小電感，使線右轉。（效果不太明顯）第41頁6）能量效率

線性時磁能利用率小于50%，在磁通飽和時可大于50%。第42頁第三節(jié)SRM調速控制的基本策略1．SRM可實現的基本運行特性三種控制方式下的電流波形第44頁

第一臨界轉速（稱為基速）：在允許最高電源電壓作用和允許最大磁鏈與最大電流條件下的臨界轉速：即電機能得到最大轉矩的最高速度。第二臨界轉速：轉矩隨轉速的平方下降的臨界速度，即為開始進入串勵區(qū)的轉速。2．基本的控制方法1)起動控制方法：一相電流斬波控制；二相電流斬波控制；2)低速區(qū)（）的控制；采用上下限幅的斬波控制（CCC）3)中高速區(qū)（）時的控制，采用固定θoff

調節(jié)θon

的角度位置控制（APC)。（這時電流可不做任何控制）第45頁4)固定導通角的調壓調速控制（固定θon、θoff調節(jié)電機的輸入電壓）5)變導通角的調壓調速控制（變θ