開關磁阻電動機的基本結構和工作原理NEWENERGYVEH

開關磁阻電動機的基本結構和工作原理主講人：李潤哲NEWENERGYVEHICLES鄭州信息科技職業(yè)學院開關磁阻電機的優(yōu)點和缺點都非常明顯，對于乘用車領域，像脈動引起的噪音與震動確實是難以控制和非常影響用戶體驗的，因此并沒有大規(guī)模應用。一般是在商用車領域，比如在電動公交、大巴和貨車上面，會使用此種電機。開關磁阻電機的定子與轉子都是由硅鋼片疊壓而成，轉子上既無繞組也無永磁體，一般裝有位置傳感器。定子上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組串聯(lián)構成一相繞組。定子與轉子均采用凸極鐵芯結構。定子和轉子的凸極有很多種組合方式，開關磁阻電機的定子凸極數(shù)量為偶數(shù)，轉子凸極也為偶數(shù)，一般轉子比定子少兩個，共同組成不同極數(shù)的開關磁阻電機。這種電動機各相磁路的磁阻隨轉子位置而變化，因此電動機的磁場能量也將隨轉子的位置而變化，由此可以以磁能為媒介將電能變換為機械能。它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轉子旋轉。四相8/6極開關磁阻電機典型結構原理圖當A相繞組電流控制開關S1、S2閉合時，A相勵磁所產生的磁場力使轉子旋轉到轉子極軸線aa’與定子極軸線AA’的重合位置，從而產生磁阻性質的電磁轉矩。順序給ABCD相繞組通電，則轉子便按逆時針方向連續(xù)轉動起來，反之，依次給DCBA相繞組通電，則轉子會沿順時針方向轉動。四相8/6極開關磁阻電機典型結構原理圖開關S1、S2

接通時，A相繞組從直流電源吸收電能，而當S1、S2斷開時，繞組電流通過續(xù)流二極管VD1、VD2將剩余能量回饋給電源。

由于是磁阻性質的電磁轉矩，開關磁阻電機的轉向與相繞組的電流方向無關，僅取決于相繞組通電的順序，這使得能夠充分簡化功率變換器電路。A、B、C、D各相繞組通斷看似很簡單，而實際情況則復雜很多，繞組斷電后產生的自感電流不會立即消失，要提前關斷電源進行續(xù)流。為加大轉矩，相鄰繞組電流導通的時間會有重疊?？刂齐妱訖C的轉速、轉矩，也要調整功率器件的開關時間。各相繞組的導通與關斷時間與定子和轉子之間的相對位置有直接關系，因此開關磁阻電動機安裝有轉子位置傳感器為準確開關各相繞組電流提供信號。各相繞組的通、斷電必須根據(jù)轉子位置信號與控制參數(shù)決定，這些都需要控制器對功率變換器進行控制。開關磁阻電動機控制系統(tǒng)主要由功率變換器、控制器、位置傳感器等組成，如圖所示。功率變換器向開關磁阻電動機提供運轉所需的能量，由動力電池組或交流電整流后得到的直流電來供電，開關磁阻電動機繞組電流是單向的?？刂破骶C合處理指令、速度、電流和位置傳感器的反饋信號，控制功率變換器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對開關磁阻電動機的狀態(tài)控制。開關磁阻電動機控制系統(tǒng)結構示意圖與直流驅動電動機類似，為使噪聲減小到最小，開關磁阻電動機的斬波電路頻率應高于10KHz。為減少功率器件的數(shù)量，充分利用單極工作，有很多種功率變換器電路，但是減少功率器件會帶來許多負面影響，如控制性能變差，可靠性降低、工作性能降低、需要額外的無源器件等。開關磁阻電動機控制系統(tǒng)結構示意圖開關磁阻電動機的功率變換器電路如圖所示的功率變換器電路很適合電動汽車用開關磁阻電動機。該電路利用兩個功率器件和兩個續(xù)流二極管分別控制相電流，并實現(xiàn)能量回收功能。開關磁阻電動機的功率變換器電路由于這種電路的拓撲結構每相需要兩個功率器件，因此該變換器的成本相對較高，但是可以單獨控制每相繞組，而且不受其他相繞組狀態(tài)的影響。從而可以采用相