開關磁阻電機講座

第2章開關磁阻電機(diànjī)及其驅(qū)動

控制系統(tǒng)(SRD)2.1SRM傳動系統(tǒng)2.2SRM基本方程(fāngchéng)與性能分析2.3SRD的控制原理2.4SRD的功率變換器2.5SRD傳動系統(tǒng)的反饋信號檢測2.6SRD控制系統(tǒng)原理及其實現(xiàn)2.7基于單片機的SRD控制系統(tǒng)2.8基于DSP的SRD控制系統(tǒng)2.9開關磁阻發(fā)電機精品資料2.1SRD傳動系統(tǒng)2.1.1SRD傳動系統(tǒng)的組成(zǔchénɡ)精品資料SR電動機定、轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)實際結(jié)構(gòu)精品資料SR電機結(jié)構(gòu)(jiégòu)與原理結(jié)構(gòu)特點：1、雙凸極結(jié)構(gòu)2、定子(dìngzǐ)集中繞阻、繞組為單方向通電3、轉(zhuǎn)子無繞阻精品資料2.1.2運行(yùnxíng)原理：磁阻最小原理電機(diànjī)原理演示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磁場的軸線重合A-A’通電?1-1‘與A-A’重合B-B’通電?2-2‘與B-B’重合C-C’通電?3-3‘與C-C’重合D-D’通電?1-1‘與D-D’重合依次給A-B-C-D繞組通電，轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)精品資料12/8極三相(sānxiānɡ)開關磁阻電動機精品資料以不同的顏色表示磁場強弱，藍色磁場最弱，綠色(lǜsè)強當某一相通電時，磁極極尖處磁場強精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料1、依次給A-B-C-A繞組通電(tōngdiàn)，轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變繞組導通順序，就可改變電機的轉(zhuǎn)向2、通電(tōngdiàn)一周期，轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)子極距tr=360/Nr3、步距角qb=tr/m=360/(mNr)4、轉(zhuǎn)矩方向與電流無關,但轉(zhuǎn)矩存在脈動。5、需要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子相對位置投勵。不能像普通異步電機一樣直接投入電網(wǎng)運行，需要與控制器一同使用。結(jié)論：精品資料2.1.3開關(kāiguān)磁阻電動機的相數(shù)與結(jié)構(gòu)相數(shù)與級數(shù)(jíshù)關系1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應為偶數(shù)。2、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應盡量接近。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隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機出力的重要因素。精品資料SR電動機常用(chánɡyònɡ)的相數(shù)與極數(shù)組合精品資料相數(shù)3456789定子(dìngzǐ)極數(shù)681012141618轉(zhuǎn)子極數(shù)46810121416步進角(度)3015964.283.212.5SR電機(diànjī)常用方案相數(shù)與轉(zhuǎn)矩、性能關系：相數(shù)越大，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SRM低于三相的SRM沒有自起動能力精品資料外轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)單相SR電動機精品資料利用永磁體輔助(fǔzhù)起動的單相SR電動機精品資料（1）2-phase4statorpole/2rotorpole（2）4-phase8statorpole/6rotorpole（3）3-phase6statorpole/4rotorpole（4）5-phase10statorpole/8rotorpole精品資料2.1.4SRD特點(tèdiǎn)1)電動機結(jié)構(gòu)(jiégòu)簡單、成本低、適用于高速,開關磁阻電動機的結(jié)構(gòu)(jiégòu)比通常認為最簡單的鼠籠式感應電動機還要簡單。2)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，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關。精品資料SRD特點(tèdiǎn)：3)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)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動機才能正常運轉(zhuǎn)。4)高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機側(cè)得到較大(jiàodà)的起動轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點。（SR:0.4IN,1.4TNIM:6-7IN,2-3TN）精品資料SRD特點(tèdiǎn)：5)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運行SRD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)額定運行時還小。6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好控制開關磁阻電動機的主要運行參數(shù)和常用(chánɡyònɡ)方法至少有四種:相開通角,相關斷角,相電流幅值,相繞組電壓。精品資料7)效率高，損耗小SRD系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。8)可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設計(shèjì)滿足各種特殊使用要求。9)缺點：轉(zhuǎn)矩脈動、振動、噪聲但可通過特殊設計(shèjì)克服SRD特點(tèdiǎn)：精品資料2.1.5SRD發(fā)展(fāzhǎn)概況7.5kW、1500r/min幾種調(diào)速系統(tǒng)性能(xìngnéng)比較精品資料航空工業(yè)

家用電器(jiāyònɡdiànqì)機械傳動(jīxièchuándònɡ)精密伺服系統(tǒng)

電動車

2.1.6SRD的應用與研究動向應用精品資料SRD的研究(yánjiū)方向SR電機設計研究：鐵心損耗計算、轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲、優(yōu)化設計等理論SR電機的控制策略研究：最優(yōu)控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動、降低噪聲具有較高動態(tài)性能(xìngnéng)、算法簡單、可抑制參數(shù)變化、擾動及各種不確定性干擾的新型控制策略智能控制策略SR電機的無位置傳感器控制SR電機的振動、噪聲研究無軸承SR電機研究（磁懸?。㏒R電機應用研究：電動車、發(fā)電機、一體化電機等精品資料2.2SR電機(diànjī)基本方程與性能分析不計磁滯、渦流(wōliú)及繞組間互感時，m相SR電機系統(tǒng)示意圖J—轉(zhuǎn)子與負載的轉(zhuǎn)動慣量D—粘性摩擦系數(shù)TL—負載轉(zhuǎn)矩精品資料電路(diànlù)方程第k相繞組的相電壓平衡(pínghéng)方程:精品資料磁鏈方程(fāngchéng)所以(suǒyǐ)：電阻壓降變壓器電動勢運動電動勢(轉(zhuǎn)子位置改變)精品資料機械運動(jīxièyùndòng)方程：式中 Te——電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩； J——系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量； K——摩擦系數(shù)； TL——負載轉(zhuǎn)矩。精品資料電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩：磁共能的表達式為：Y-iSR電機(diànjī)的瞬時電磁轉(zhuǎn)矩Te可由磁共能Wc導出：SR電機的平均電磁轉(zhuǎn)矩Tav精品資料2.2.2基于(jīyú)理想線性模型的SR電動機分析線性模型：不計磁路飽和，假定繞組電感(diànɡǎn)與電流無關，此時電感(diànɡǎn)只與轉(zhuǎn)子位置有關1023045

SR電機相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化精品資料stator=1位置(wèizhi)rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿(qiányán)與定子磁極前沿(qiányán)相遇位置1精品資料stator=0o位置(wèizhi)rotor定子磁極(cíjí)軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合=0o精品資料stator=2位置(wèizhi)rotor轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置2精品資料stator=3位置(wèizhi)轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合(chónghé)位置rotor3精品資料stator=4位置(wèizhi)rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子(dìngzǐ)磁極后沿重合位置4精品資料stator=5位置(wèizhi)rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子(dìngzǐ)磁極前沿相遇位置5精品資料1023045

=0定子磁極(cíjí)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(cíjí)前沿相遇位置2轉(zhuǎn)子磁極(cíjí)前沿與定子磁極(cíjí)前沿相遇位置3轉(zhuǎn)子磁極(cíjí)前沿與定子磁極(cíjí)前沿重合位置4轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極(cíjí)后沿重合位置精品資料SR電機(diànjī)繞組電感的分段線性解析式：K=(Lmax-Lmin)/(3-2)=(Lmax-Lmin)/s特征：隨定、轉(zhuǎn)子磁極重疊的增加和減少，相電感(diànɡǎn)在Lmax和Lmin之間線性地變化。Lmin為定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子凹槽中心時的電感(diànɡǎn),Lmax定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感(diànɡǎn)。精品資料相電流解析(jiěxī)分析第k相繞組(ràozǔ)模型續(xù)流結(jié)束角精品資料忽略電阻(diànzǔ)，相繞組電壓方程：所以(suǒyǐ)：而：=Li相電流解析分析同時可以導出：KT為常數(shù)精品資料1)當1<2,L=Lmin,Us為+因：L=Lmin,Us取+,則：又：i(on)=0,所以(suǒyǐ)，當1<2時，精品資料2)當2<off,L=Lmin+K(-2)，Us為+積分得：精品資料由初始條件：i(2)=Us(2-on)/(Lmin)確定(quèdìng)C=Uson/，所以,2)當2off時在2<off期間精品資料3)當off<<3,L=Lmin+K(-2)，Us為-4)當3<4,L=Lmax，Us為-5)當42off-on5,L=Lmax-K(-4)，Us為-精品資料開通角關斷角精品資料on<2:在電感上升前開通，迅速建立(jiànlì)電流，以獲得足夠轉(zhuǎn)矩>2:電感上升(shàngshēng)，使繞組電流下降off<3:在電感達最大之前，繞組關斷，繞組續(xù)流。3<z<4(θz=2θoff-θon)在電感下降之前，續(xù)流結(jié)束。否則會產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩典型電流波形精品資料不同開通角下電流波形特點：開通(kāitōng)角越小，電流幅值越大，續(xù)流時間越長。精品資料不同(bùtónɡ)關斷角下電流波形精品資料變化趨勢：結(jié)構(gòu)一定，在θon和θoff不變時，繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉(zhuǎn)速的升高而減小；通過調(diào)整開關角和關斷角也可以影響(yǐngxiǎng)繞組電流，從而就間接地使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩增大。影響繞組(ràozǔ)電流的因素：外加電源電壓Us、角速度ωr、開通角θon、關斷角θoff、最大電感Lmax、最小電感Lmin、定子極弧βs等。線性模型忽略了許多因素，計算結(jié)果誤差很大，只能定性地說明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。精品資料為避免繁瑣計算，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(qūxiàn)分段線性，且不考慮磁耦合兩段線性處理：一段為飽和段，視為與=0的位置的磁化曲線(qūxiàn)平行,斜率為Lmin；一段為非飽和段，為L(,i)的不飽和段。準線性模型分析實際磁化曲線分段線性磁化曲線i1精品資料準線性模型(móxíng)繞阻電感L(i,):精品資料基于準線性模型，L(i,)是可解析的，可以分別(fēnbié)求出繞阻磁鏈與磁共能的分段解析式，由此得到SR電機的瞬時轉(zhuǎn)矩的分段解析式：精品資料在相電流為理想平頂波的