开关磁阻电机讲座

第2章开关磁阻电机(diànjī)及其驱动

控制系统(SRD)2.1SRM传动系统2.2SRM基本方程(fāngchéng)与性能分析2.3SRD的控制原理2.4SRD的功率变换器2.5SRD传动系统的反馈信号检测2.6SRD控制系统原理及其实现2.7基于单片机的SRD控制系统2.8基于DSP的SRD控制系统2.9开关磁阻发电机精品资料2.1SRD传动系统2.1.1SRD传动系统的组成(zǔchénɡ)精品资料SR电动机定、转子(zhuànzǐ)实际结构精品资料SR电机结构(jiégòu)与原理结构特点：1、双凸极结构2、定子(dìngzǐ)集中绕阻、绕组为单方向通电3、转子无绕阻精品资料2.1.2运行(yùnxíng)原理：磁阻最小原理电机(diànjī)原理演示磁通总要沿着磁阻最小路径闭合，一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必定使自己的轴线与主磁场的轴线重合A-A’通电⃗1-1‘与A-A’重合B-B’通电⃗2-2‘与B-B’重合C-C’通电⃗3-3‘与C-C’重合D-D’通电⃗1-1‘与D-D’重合依次给A-B-C-D绕组通电，转子逆励磁顺序方向连续旋转精品资料12/8极三相(sānxiānɡ)开关磁阻电动机精品资料以不同的颜色表示磁场强弱，蓝色磁场最弱，绿色(lǜsè)强当某一相通电时，磁极极尖处磁场强精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料1、依次给A-B-C-A绕组通电(tōngdiàn)，转子逆励磁顺序方向连续旋转。改变绕组导通顺序，就可改变电机的转向2、通电(tōngdiàn)一周期，转过一个转子极距tr=360/Nr3、步距角qb=tr/m=360/(mNr)4、转矩方向与电流无关,但转矩存在脉动。5、需要根据定、转子相对位置投励。不能像普通异步电机一样直接投入电网运行，需要与控制器一同使用。结论：精品资料2.1.3开关(kāiguān)磁阻电动机的相数与结构相数与级数(jíshù)关系1、为了避免单边磁拉力，径向必须对称，所以双凸极的定子和转子齿槽数应为偶数。2、定子和转子齿槽数不相等，但应尽量接近。因为当定子和转子齿槽数相近时，就可能加大定子相绕组电感随转角的平均变化率，这是提高电机出力的重要因素。精品资料SR电动机常用(chánɡyònɡ)的相数与极数组合精品资料相数3456789定子(dìngzǐ)极数681012141618转子极数46810121416步进角(度)3015964.283.212.5SR电机(diànjī)常用方案相数与转矩、性能关系：相数越大，转矩脉动越小，但成本越高，故常用三相、四相，还有人在研究两相、单相SRM低于三相的SRM没有自起动能力精品资料外转子(zhuànzǐ)单相SR电动机精品资料利用永磁体辅助(fǔzhù)起动的单相SR电动机精品资料（1）2-phase4statorpole/2rotorpole（2）4-phase8statorpole/6rotorpole（3）3-phase6statorpole/4rotorpole（4）5-phase10statorpole/8rotorpole精品资料2.1.4SRD特点(tèdiǎn)1)电动机结构(jiégòu)简单、成本低、适用于高速,开关磁阻电动机的结构(jiégòu)比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单。2)功率电路简单可靠因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关。精品资料SRD特点(tèdiǎn)：3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统从电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个圆形旋转磁场，电动机才能正常运转。4)高起动转矩，低起动电流控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧得到较大(jiàodà)的起动转矩是本系统的一大特点。（SR:0.4IN,1.4TNIM:6-7IN,2-3TN）精品资料SRD特点(tèdiǎn)：5)适用于频繁起停及正反向转运行SRD系统具有的高起动转矩，低起动电流的特点，使之在起动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小。6)可控参数多，调速性能好控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用(chánɡyònɡ)方法至少有四种:相开通角,相关断角,相电流幅值,相绕组电压。精品资料7)效率高，损耗小SRD系统是一种非常高效的调速系统。8)可通过机和电的统一协调设计(shèjì)满足各种特殊使用要求。9)缺点：转矩脉动、振动、噪声但可通过特殊设计(shèjì)克服SRD特点(tèdiǎn)：精品资料2.1.5SRD发展(fāzhǎn)概况7.5kW、1500r/min几种调速系统性能(xìngnéng)比较精品资料航空工业

家用电器(jiāyònɡdiànqì)机械传动(jīxièchuándònɡ)精密伺服系统

电动车

2.1.6SRD的应用与研究动向应用精品资料SRD的研究(yánjiū)方向SR电机设计研究：铁心损耗计算、转矩脉动、噪声、优化设计等理论SR电机的控制策略研究：最优控制，减小转矩脉动、降低噪声具有较高动态性能(xìngnéng)、算法简单、可抑制参数变化、扰动及各种不确定性干扰的新型控制策略智能控制策略SR电机的无位置传感器控制SR电机的振动、噪声研究无轴承SR电机研究（磁悬浮）SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等精品资料2.2SR电机(diànjī)基本方程与性能分析不计磁滞、涡流(wōliú)及绕组间互感时，m相SR电机系统示意图J—转子与负载的转动惯量D—粘性摩擦系数TL—负载转矩精品资料电路(diànlù)方程第k相绕组的相电压平衡(pínghéng)方程:精品资料磁链方程(fāngchéng)所以(suǒyǐ)：电阻压降变压器电动势运动电动势(转子位置改变)精品资料机械运动(jīxièyùndòng)方程：式中 Te——电磁(diàncí)转矩； J——系统的转动惯量； K——摩擦系数； TL——负载转矩。精品资料电磁(diàncí)转矩：磁共能的表达式为：Y-iSR电机(diànjī)的瞬时电磁转矩Te可由磁共能Wc导出：SR电机的平均电磁转矩Tav精品资料2.2.2基于(jīyú)理想线性模型的SR电动机分析线性模型：不计磁路饱和，假定绕组电感(diànɡǎn)与电流无关，此时电感(diànɡǎn)只与转子位置有关1023045

SR电机相电感随转子位置变化精品资料stator=1位置(wèizhi)rotor转子凹槽前沿(qiányán)与定子磁极前沿(qiányán)相遇位置1精品资料stator=0o位置(wèizhi)rotor定子磁极(cíjí)轴线与转子凹槽中心重合=0o精品资料stator=2位置(wèizhi)rotor转子(zhuànzǐ)磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置2精品资料stator=3位置(wèizhi)转子磁极前沿与定子磁极前沿重合(chónghé)位置rotor3精品资料stator=4位置(wèizhi)rotor转子凹槽前沿与定子(dìngzǐ)磁极后沿重合位置4精品资料stator=5位置(wèizhi)rotor转子凹槽前沿与定子(dìngzǐ)磁极前沿相遇位置5精品资料1023045

=0定子磁极(cíjí)轴线与转子凹槽中心重合1(5)转子凹槽前沿与定子磁极(cíjí)前沿相遇位置2转子磁极(cíjí)前沿与定子磁极(cíjí)前沿相遇位置3转子磁极(cíjí)前沿与定子磁极(cíjí)前沿重合位置4转子凹槽前沿与定子磁极(cíjí)后沿重合位置精品资料SR电机(diànjī)绕组电感的分段线性解析式：K=(Lmax-Lmin)/(3-2)=(Lmax-Lmin)/s特征：随定、转子磁极重叠的增加和减少，相电感(diànɡǎn)在Lmax和Lmin之间线性地变化。Lmin为定子磁极轴线对转子凹槽中心时的电感(diànɡǎn),Lmax定子磁极轴线对转子磁极轴线的电感(diànɡǎn)。精品资料相电流解析(jiěxī)分析第k相绕组(ràozǔ)模型续流结束角精品资料忽略电阻(diànzǔ)，相绕组电压方程：所以(suǒyǐ)：而：=Li相电流解析分析同时可以导出：KT为常数精品资料1)当1<2,L=Lmin,Us为+因：L=Lmin,Us取+,则：又：i(on)=0,所以(suǒyǐ)，当1<2时，精品资料2)当2<off,L=Lmin+K(-2)，Us为+积分得：精品资料由初始条件：i(2)=Us(2-on)/(Lmin)确定(quèdìng)C=Uson/，所以,2)当2off时在2<off期间精品资料3)当off<<3,L=Lmin+K(-2)，Us为-4)当3<4,L=Lmax，Us为-5)当42off-on5,L=Lmax-K(-4)，Us为-精品资料开通角关断角精品资料on<2:在电感上升前开通，迅速建立(jiànlì)电流，以获得足够转矩>2:电感上升(shàngshēng)，使绕组电流下降off<3:在电感达最大之前，绕组关断，绕组续流。3<z<4(θz=2θoff-θon)在电感下降之前，续流结束。否则会产生反向转矩典型电流波形精品资料不同开通角下电流波形特点：开通(kāitōng)角越小，电流幅值越大，续流时间越长。精品资料不同(bùtónɡ)关断角下电流波形精品资料变化趋势：结构一定，在θon和θoff不变时，绕组电流随外加电压的增大而增大，随转速的升高而减小；通过调整开关角和关断角也可以影响(yǐngxiǎng)绕组电流，从而就间接地使电动机的电磁转矩增大。影响绕组(ràozǔ)电流的因素：外加电源电压Us、角速度ωr、开通角θon、关断角θoff、最大电感Lmax、最小电感Lmin、定子极弧βs等。线性模型忽略了许多因素，计算结果误差很大，只能定性地说明影响电流、转矩的因素。精品资料为避免繁琐计算，又近似考虑磁路的饱和效应，常借助准线性模型：将实际非线性磁化曲线(qūxiàn)分段线性，且不考虑磁耦合两段线性处理：一段为饱和段，视为与=0的位置的磁化曲线(qūxiàn)平行,斜率为Lmin；一段为非饱和段，为L(,i)的不饱和段。准线性模型分析实际磁化曲线分段线性磁化曲线i1精品资料准线性模型(móxíng)绕阻电感L(i,):精品资料基于准线性模型，L(i,)是可解析的，可以分别(fēnbié)求出绕阻磁链与磁共能的分段解析式，由此得到SR电机的瞬时转矩的分段解析式：精品资料在相电流为理想平顶波的