6开关磁阻电机的设计及应用-贾明全.ppt

一、开关磁阻电机的发展 二、基本原理 三、系统组成 四、系统特性 五、设计及优化 六、应用 术语与缩写 开关磁阻电机的发展（一） 1838年，苏格兰学者Davidson发明了开关磁阻电机，但由于当时没有电子器件，采用的是机械开关，使得该种电机在当时没有实现推广的可能。 1980年，英国学者P.J.Lawrenson及其同事在ICEM会议上，系统的介绍了他们的工作成果，阐述了开关磁阻电机的原理及设计特点，在国际上奠定了现代开关磁阻电机的地位。 开关磁阻电机的发展（二） 1983年后，开关磁阻电机技术不断发展，应用领域不断扩大。 随着永磁材料价格的不断攀升，越来越多的公司将目光转向开关磁阻电机，通过对开关磁阻电机技术的深入研发，使开关磁阻电机的性能能够接近或达到永磁电机的性能。 开关磁阻电机基本原理（一） 开关磁阻电机是定子、转子双凸极可变磁阻电机。定子、转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组及鼠笼条，也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。开关磁阻电机可设计成多种不同的相数，且定、转子的极数有多种不同的搭配，这种特殊的组合形式得到了广泛的应用。 开关磁阻电机基本原理（二） 左图所示电机为12/8极结构，定子是12极，转子是8极。 以定、转子的相对位置作为起始位置，依次给C→A→B相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以顺时针方向连续旋转；反之，依次给B→A→C相通电，则电机会逆时针方向旋转。开关磁阻电机的转向与绕组的电流方向无关，只取决于绕组通电的顺序。 开关磁阻电机基本原理（三） SRM 的结构比鼠笼式异步电机还要简单，其突出的优点是定子上只有集中绕组，转子上仅由硅钢片叠压而成，机械强度很高，制造简单、可靠性高。 控制器通过电子电路，控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电机各相绕组电流的导通与关断，从而使电机旋转。电机的旋转方向与电流方向无关。通过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电机的旋转方向，通过控制绕组的电流可以控制电机的转速。 系统组成（一） 控制器由嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、驱动电路、电力电子器件及软件组成。提供数据显示及键盘输入功能。 具有开关量和模拟量接口，可输入传感器及开关信号，可输出模拟量及继电器信号，可实现简单的PLC控制功能；具有通讯接口，用户可通过该接口实现远方监控。 系统组成（三） 控制器通过控制绕组电流的通断控制电机的运行，而与绕组电流的方向无关。 转子上固定有确定转子相对定子位置的齿盘，定子上装有检测齿盘转动脉冲的传感器，位置信号以电脉冲的方式传送给控制器。 控制器根据位置编码，开通和关断相应的绕组，使电机可在四象限运行，可实现电机的连续运转、制动、点动及位置保持功能。 系统特性（一） 系统效率高 开关磁阻电机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率比其它调速系统高出至少10%。在低转速及非额定负载下高效率则更加明显。 系统特性（二） 调速范围宽，低速下可长期运转 在零到最高转速的范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。 高起动转矩，低起动电流 开关磁阻电动机调速系统起动转矩达到额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%。 可频繁起停，及正反转切换 开关磁阻电机可频繁起动和停止，频繁正反转切换。在有制动单元及制动功率满足要求的情况下，起停及正反转切换可达每小时二千次以上。 系统特性（三） 系统特性（四） 过载能力强 电机的起动转矩可以达到额定转矩的3倍以上，电机的整个起动过程可以一直保持最大转矩输出。 系统特性（五） 功率器件控制错误不会引起短路 开关磁阻电机调速系统的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联，不存在发生功率器件控制错误导致短路而烧毁的现象。 系统特性（六） 系统特性（七） 电磁设计方法（一） 电磁设计方法（二） 通过将有限元与控制仿真相结合对SRM系统进行整体研究，同时考虑静态电磁参数与动态性能的影响，目的是建立一种快速、准确的SRM整机系统仿真环境，基于此环境对电机存在的问题如转矩脉动、振动和噪声等进行深一步的分析，有助于对SRM系统进行全面分析与协调设计，对缩短SRM系统的研发周期和可靠性设计有实际应用价值。 通过对SRM转矩脉动产生的机理进行分析，可通过改进定子磁极结构来减小气隙磁场的突变，有效地抑制转矩脉动，从而可以提高SRM的动态性能。 电磁计算与仿真（一） SRM的各种性能参数需要经过仿真才能得到，所以设计工作必须包含仿真部分，而仿真的前提是将SRM简化为数学模型。几种常用的SRM磁链模型有线性模型、准线性模型、