開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)講座

第2章開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(diànjī)及其驅(qū)動(dòng)

控制系統(tǒng)(SRD)2.1SRM傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的反饋信號(hào)檢測(cè)2.6SRD控制系統(tǒng)原理及其實(shí)現(xiàn)2.7基于單片機(jī)的SRD控制系統(tǒng)2.8基于DSP的SRD控制系統(tǒng)2.9開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)精品資料2.1SRD傳動(dòng)系統(tǒng)2.1.1SRD傳動(dòng)系統(tǒng)的組成(zǔchénɡ)精品資料SR電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)實(shí)際結(jié)構(gòu)精品資料SR電機(jī)結(jié)構(gòu)(jiégòu)與原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(wú)繞阻精品資料2.1.2運(yùn)行(yùnxíng)原理：磁阻最小原理電機(jī)(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(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必定使自己的軸線與主磁場(chǎng)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(lì)磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)精品資料12/8極三相(sānxiānɡ)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)精品資料以不同的顏色表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱，藍(lán)色磁場(chǎng)最弱，綠色(lǜsè)強(qiáng)當(dāng)某一相通電時(shí)，磁極極尖處磁場(chǎng)強(qiáng)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(lì)磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變繞組導(dǎo)通順序，就可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向2、通電(tōngdiàn)一周期，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)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(wú)關(guān),但轉(zhuǎn)矩存在脈動(dòng)。5、需要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置投勵(lì)。不能像普通異步電機(jī)一樣直接投入電網(wǎng)運(yùn)行，需要與控制器一同使用。結(jié)論：精品資料2.1.3開(kāi)關(guān)(kāiguān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相數(shù)與結(jié)構(gòu)相數(shù)與級(jí)數(shù)(jíshù)關(guān)系1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對(duì)稱，所以雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。2、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應(yīng)盡量接近。因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí)，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(jī)出力的重要因素。精品資料SR電動(dòng)機(jī)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(jìn)角(度)3015964.283.212.5SR電機(jī)(diànjī)常用方案相數(shù)與轉(zhuǎn)矩、性能關(guān)系：相數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，但成本越高，故常用三相、四相，還有人在研究?jī)上唷蜗郤RM低于三相的SRM沒(méi)有自起動(dòng)能力精品資料外轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)單相SR電動(dòng)機(jī)精品資料利用永磁體輔助(fǔzhù)起動(dòng)的單相SR電動(dòng)機(jī)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(diǎn)(tèdiǎn)1)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)(jiégòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)比通常認(rèn)為最簡(jiǎn)單的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。2)功率電路簡(jiǎn)單可靠因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無(wú)關(guān)，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)。精品資料SRD特點(diǎn)(tèdiǎn)：3)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng)從電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路相互獨(dú)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(dòng)機(jī)中必須在各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大(jiàodà)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。（SR:0.4IN,1.4TNIM:6-7IN,2-3TN）精品資料SRD特點(diǎn)(tèdiǎn)：5)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運(yùn)行SRD系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流的特點(diǎn)，使之在起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還小。6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用(chánɡyònɡ)方法至少有四種:相開(kāi)通角,相關(guān)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(guò)機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)(shèjì)滿足各種特殊使用要求。9)缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)、噪聲但可通過(guò)特殊設(shè)計(jì)(shèjì)克服SRD特點(diǎn)(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(jī)械傳動(dòng)(jīxièchuándònɡ)精密伺服系統(tǒng)

電動(dòng)車

2.1.6SRD的應(yīng)用與研究動(dòng)向應(yīng)用精品資料SRD的研究(yánjiū)方向SR電機(jī)設(shè)計(jì)研究：鐵心損耗計(jì)算、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論SR電機(jī)的控制策略研究：最優(yōu)控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、降低噪聲具有較高動(dòng)態(tài)性能(xìngnéng)、算法簡(jiǎn)單、可抑制參數(shù)變化、擾動(dòng)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(jī)的無(wú)位置傳感器控制SR電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究無(wú)軸承SR電機(jī)研究（磁懸浮）SR電機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車、發(fā)電機(jī)、一體化電機(jī)等精品資料2.2SR電機(jī)(diànjī)基本方程與性能分析不計(jì)磁滯、渦流(wōliú)及繞組間互感時(shí)，m相SR電機(jī)系統(tǒng)示意圖J—轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量D—粘性摩擦系數(shù)TL—負(fù)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(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)(轉(zhuǎn)子位置改變)精品資料機(jī)械運(yùn)動(dòng)(jīxièyùndòng)方程：式中 Te——電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩； J——系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； K——摩擦系數(shù)； TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩。精品資料電磁(diàncí)轉(zhuǎn)矩：磁共能的表達(dá)式為：Y-iSR電機(jī)(diànjī)的瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩Te可由磁共能Wc導(dǎo)出：SR電機(jī)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(dòng)機(jī)分析線性模型：不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感(diànɡǎn)與電流無(wú)關(guān)，此時(shí)電感(diànɡǎn)只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)1023045

SR電機(jī)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(jī)(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(duì)轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感(diànɡǎn),Lmax定子磁極軸線對(duì)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(shí)可以導(dǎo)出：KT為常數(shù)精品資料1)當(dāng)1<2,L=Lmin,Us為+因：L=Lmin,Us取+,則：又：i(on)=0,所以(suǒyǐ)，當(dāng)1<2時(shí)，精品資料2)當(dāng)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(dāng)2off時(shí)在2<off期間精品資料3)當(dāng)off<<3,L=Lmin+K(-2)，Us為-4)當(dāng)3<4,L=Lmax，Us為-5)當(dāng)42off-on5,L=Lmax-K(-4)，Us為-精品資料開(kāi)通角關(guān)斷角精品資料on<2:在電感上升前開(kāi)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(dá)最大之前，繞組關(guān)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(huì)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩典型電流波形精品資料不同開(kāi)通角下電流波形特點(diǎn)：開(kāi)通(kāitōng)角越小，電流幅值越大，續(xù)流時(shí)間越長(zhǎng)。精品資料不同(bùtónɡ)關(guān)斷角下電流波形精品資料變化趨勢(shì)：結(jié)構(gòu)一定，在θon和θoff不變時(shí)，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(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)角和關(guān)斷角也可以影響(yǐngxiǎng)繞組電流，從而就間接地使電動(dòng)機(jī)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(kāi)通角θon、關(guān)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(jì)算結(jié)果誤差很大，只能定性地說(shuō)明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。精品資料為避免繁瑣計(jì)算，又近似考慮磁路的飽和效應(yīng)，常借助準(zhǔn)線性模型：將實(shí)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L(zhǎng)min；一段為非飽和段，為L(zhǎng)(,i)的不飽和段。準(zhǔn)線性模型分析實(shí)際磁化曲線分段線性磁化曲線i1精品資料準(zhǔn)線性模型(móxíng)繞阻電感L(i,):精品資料基于準(zhǔn)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(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的分段解析式：精品資料在相電流為理想平頂波的