开关磁阻电机讲座

1、新一代电动机的开发与应用前景发表人:李珍国 (韩国庆星大学) Li zhenguo (Kyungsung univ.) leezhenguo -目录-:开关磁阻电动机的工作原理:国内、外开关磁阻电机的研究现状及展望开关磁阻电动机的最新控制技术开关磁阻电机的工作原理 Swi tched Re Iuctance Motor (SRM)开关磁阻电机的结构原理图-定转子双凸极结构-定子各极上绕有集中线圈-转子上无绕组，无永磁铁，仅有叠片叠压而成-按照“磁阻最小化原理”，产生磁阻电磁转矩Page 1-按转子位置给定子绕组逐次供电，以便旋转开关磁阻电机的工作原理SRM的结构Page #R开关磁阻电机的工作

2、原理SRM的特点Page 3Page #开关磁阻电机的特点-电气及机械结构简单、坚固，制造工艺简单（可媲美于感应电机）-需要专门的驱动电路，也因此容易实现多功能-损耗主要产生在定子端，因此驱动系统的效率高（相对于感应电机）-电机的制作成本低，因此其经济性能好-起动转矩大，低速性能好-调速范围宽（可工作于达几万rpm转速）-在宽领域内的调速范围内，控制灵活，易于实现各种转矩一速度特性-可四象限运行，具有再生制动能力-噪音，振动大（缺点）Page #,.vu77/WUu-V,5uWwq/sJU/ 1 Ok source voltage in 100V/D/Vphase current tn 1O

3、s0.025 n Tage 29PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Page #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1已有功率因数改善 常用方法Page 31PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Page #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-13.模式分析放电电流励磁模式输入电流励磁模式收模式电源充电模式能量Page 33PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Switching topology6000rpmf I oadPage #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-14.只谋求改善功率因数2001501OO巨50 -50-10O-150-2000 04-150 0450 035Time Sec-2

4、00 030 040 0450 035Tima (Sac)Norna 1ZOOkSzs bniu2O05Z1Z/14 14:18:43Stopped8863Switching topology6000rpmf I oadPage 35PFC开关磁阻电机的最新控制技术-10cotPage #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-15.综合考虑功率因数和转矩脉动+ 毋下Switching topology0cotPage 37PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1*开关磁阻电机的最新控制技术6仿真结果0 03250W500-500050 .1-10.0180 0200220.0240.0260 0280

5、.030 032Time Sec1510-15-100 0180.0200220 0240 0260 028003Time Sec1&2014106 2e Current【UJ N】 anbOJ_5 4 3 2 1 051O465【E N】anbOJL4 3 2 1 0Page #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Phase TorquePage #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Page #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-10 0180.0200220 0240 0260 0280.030032Time Secproposed6000 rpm 470nFload0 0180.020.

6、0220 0240 0260.0280.030 032Time Secproposed6000 rpm 68uFloadPage #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Page 39PFC开关磁阻电机的最新控制技术-17.头验系统DynamometerSRMEncoderPower analyzerDSP controllercontrol1converterOscilloscopeMonitora 【a00口0a 9 9 QQ9 0 90 o电a 00a0 00 _Page #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1|开关磁阻电机的最新控制技术-18实验结果0 s0.025 s0.05 s100

7、6/02/27 21:08:5621或 g Norna10.025 sOs0.05 sPage 41PFC开关磁阻电机的最新控制技术-1Page #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-19000rpm6000rpmPage #PFC开关磁阻电机的最新控制技术-19 功率因数改善效果分析Proposed0.4 .0.6、0.5、Speed rpmSpeed rpmm、， S 3.$*、 、厶w =6 兀.4.吋旨8 eOW电流中基波分量的有效值/PF二十cos -一 基波的功率因数*电流的有效值（含高次谐波）Load and no load with exper imentPage #PFC开关磁

8、阻电机的最新控制技术-1Page 43PFC开关磁阻电机的最新控制技术-110.转矩脉动减小效果分析= 21dcg.J一16|込J220 CM门Cf 33O/ZFh】雀2 荒2 、；、卜空4 0 5 0 5 0 5 02 3 2 2 1 1 BJoadsonbjol0 5 0 5 0 5 0-3 2 2 11 s C-&E omucl皿 j=12000pwr)叶 _ 18000 /pw一 一 330II10 E8、4 .4*QaH onb 吉恒定速度恒定导通角恒定电容值Page #高速运行开关磁阻电机的最新控制技术24 I eve I converterregionA高速运行1 研究背景厶禺）

9、因电机高速运行，而确保所.需电流时间和消磁时间会减小O 为此本研究提出了解决这个 问题的新的驱动电路一如Ph 一厂盲tVgtOflmin nnPage 45高速运行开关磁阻电机的最新控制技术2提出的4 level converterPage #高速运行开关磁阻电机的最新控制技术22 新旧电路+提出的4 level converterPage 47般减磁模式快速减磁模式快速励磁模式般励磁模式Page #高速运行11开关磁阻电机的最新控制技术24 Switching topologyQcd0%tninWtPage 49高速运行开关磁阻电机的最新控制技术2Page #高速运行开关磁阻电机的最新控制技

10、术25.驱动系统方框图及实验装置Proposed4-Level InverterSwitching Pattern GeneratorExcitation PatternSpeed ControllerM A;gVEPage 51高速运行开关磁阻电机的最新控制技术2Page #高速运行开关磁阻电机的最新控制技术2&实验结果非对称 桥式converter4 I eve I converterPage #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3A直接瞬时转矩控制(DITC)1 研究背景通过一般的控制方法驱动SRM 时，转矩为离散或脉动大。为此本研究提出了从根本上解 决这个问题的新的算法一 Direc

11、t Instantaneous Torque ControlPage 53DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3Page #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3(DITC)Page #DITC开关磁阻电机的最新控制技术3理想的电流和转矩波形Page 55DITC开关磁阻电机的最新控制技术30Region 3Region 1妥S一填】I!根据豳go特性把每相个部分A11/ /%-一、XJqeon_B1 B2 82_BsluaulsanlwiTsH+Tc合成转矩是连续且恒定的理想的电流和转矩波形Page #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术33. DITC系统的方框图Page 57DITCu开

12、关磁阻电机的最新控制技术3Page #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3Hysteresis ControllerSwichi ngTableuo-euj 二 swQ-6UB co unlInverterSRMd dlTorque EstimationEncoderPage #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术34.转矩的实时计算-通过查找相电流、转子位置、磁通与转矩的look-table-通过把电感Profile模型化后，利用转矩公式求取-通过自适应控制Page 59DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3Page #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3E2.GHraXH mnlueI

13、cPage #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术3Page 61DITCu开关磁阻电机的最新控制技术35.相开关状态的设定状态1状态0状态1Page #DITCu开关磁阻电机的最新控制技术36.利用二维磁滞环来实现随转矩偏差决定的相开关状态A加）Phase A 0（0） 耳（T）加)Phase A 。 炉)I1加)一Phase A 0(0)你Phase B 0(0)1)kiiiiv (1)SrJ!:i111111；I nase o su/i IO IyIa -一J: :；111 1 f CA ：: * :f!:1加)Phase B o(o)%(T)Region 1Region 2即-氐1Re

14、gion 3Page 63DITC开关磁阻电机的最新控制技术3Total Tortiuv in N. m0 32 r0 750 657. DITC仿真结果Total Torque in X. m07ww030 260 )150 020 0250 0050 010 0150 020 0251.5IIII10.5匚、/匚-O/II /I0 0050 0100150 02in A0 0250 01Phase otiques in Mr050150 020 0250 32Total Torque? in Mm030 280 010 0150 020 0050150 020 0250 0252050150 02OCX Region .0 025 Tine in s0(X5Rwsp 6s2dso,-0 0?d6 8 10 12 Time jns1416proposed TSF (35. 86%)Cosine TSF (35. 4%)Page #TSF开关磁阻电机的最新控制技术4TSF开关磁阻电机的最新控制技术45.访真(6/4 SRM)Qrren1|A10 “PotUcc