《控制电机》课件第12章 开关磁阻电动机.ppt

基于电机综合性能的考虑，转子齿宽βr通常大于定子极弧长度βs，因此在θ3和θ4(θ4为转子齿的后沿与定子磁极的后沿相遇的位置)区域内，定子磁极与转子齿保持全部重叠，相对应的定、转子间磁阻恒为最小值，绕组相电感保持在最大值Lmax。从θ4开始绕组相电感线性地下降，直到θ5处降为Lmin，θ5、θ1均为转子齿后沿与定子磁极前沿重合处。当转子相对于定子运动时，定子相绕组的变化周而复始、循环往复，其周期为一个转子齿距。如上所述，基于线性模型的SRM绕组相电感与转子位置角的关系，绕组相电感可以用函数表示为(12－10)式中，对一台具体电机来说，线性模型中的最大相电感Lmax和最小相电感Lmin为常数，可以根据电机的结构参数求取，也可通过实验测得。12.5.2绕组磁链SRM由恒定直流电压源U供电，当主开关管导通使绕组通电时，绕组两端的电压为＋U；而主开关管关断后，续流期间绕组两端的电压为－U，则相绕组的电势平衡方程可以写为(12－11)与感应电动势相比，绕组电阻压降Ri很小,可以忽略，则式（12－11）可简化并整理为(12－12)设在t=0时开通主开关管，对应的转子位置角θ=θon称为开通角，此时为电路的初始状态，绕组磁链ψ=ψ0=0。当θ=θoff时，关断主开关管，绕组续流，θoff称为关断角。主开关管的导通角为θc=θon－θoff。求解方程式（12－12），并利用初始条件ψ0=ψ(θ)|θ=θon=0和磁链连续性，得到绕组在通电和续流一个周期中磁链的表达式为(12－13)从式（12－13）可见，在某一转子速度下：在主开关管导通绕组通电期间，磁链随转子位置角的增加而线性增加；在主开关管关断绕组续流期间，磁链随转子位置角的增加而下降，并在θ=2θoff－θon时衰减到0。显然，当根据转子位置信号对绕组进行通/断控制即所谓的角度位置控制时，磁链波形为等腰三角形，最大磁链ψmax出现在θ=θoff－θon时，且ψmax=U(θoff－θon)/Ω。12.5.3电磁转矩从式（12－10）和式（12－13）可见，在理想线性模型中，电感和磁链均为转子位置角的函数。磁链ψ可用电感L表示为(12－14)磁共能W′为(12－15)将式(12－14)代入式(12－15)得磁共能为(12－15)则电磁转矩为(12－17)将式(12－10)代入式(12－17)得(12－18)式（12－18）表明：（1）SRM的电磁转矩是由转子转动时气隙磁导变化产生的。当磁导对转角的变化率大时，转矩也大。（2）电磁转矩的大小与绕组电流的平方成正比。即使考虑电流增大后铁心饱和的影响，转矩不再与电流平方成正比，但它仍随电流的增大而增大，因此可以通过增大电流有效地增大转矩，并且可以通过控制绕组电流得到恒转矩输出的特性。（3）转矩的方向与绕组电流的方向无关。只要在电感曲线的上升段通入绕组电流就会产生正向电磁转矩，而在电感曲线的下降段通入绕组电流则会产生反向的电磁转矩。（4）如果控制SRM的绕组在θ2和θ3之间开通和关断，则电机作电动运行；如果控制SRM的绕组在θ4和θ5之间开通和关断，则电机作发电运行。12.5.4绕组电流SRM运行时，其绕组电流既不是恒定直流量，也不是交流正弦量。SRM电动运行时，通常是在最小电感区的某一转子位置开通主开关管，即开通角θ1≤θon≤θ2，以便绕组电流迅速上升；而在达到最大电感之前关断主开关管，即关断角θ2≤θoff≤θ3，以便在绕组电感开始随转子位置的增加而减小时绕组电流迅速衰减到0。SRM高速运行时，一般采用调节开通角θon和关断角θoff来改变绕组电流的峰值和有效值，从而实现转矩控制和转速调节，这种控制方法称为角度位置控制方式（简称APC方式），角度位置控制典型相电流波形如图12－5所示。图12－5角度位置控制典型相电流波形SRM低速运行时，由于旋转电动势较小，电流峰值会很高，因此需要限制电流以保证主开关管的安全。通常是保持开通角θon和关断角θoff固定不变，采用电流滞环控制或斩波控制（简称CCC方式）来实现转矩控制和转速调节的。这种控制方式下，电流波形近似为平顶波。斩波控制典型相电流波形如图12－6所示。图12－6斩波控制典型相电流波形本节仅讨论SRM在电动运行和角度位置控制方式下，绕组电流随转子位置角变化的规律。随着θon和θoff出现在不同的区域，相电流波形的变化很大。在线性模型中，绕组电感仅是转子位置角的线性函数。将ψ(θ)=L(θ)·i(θ)带入式(12－11)，忽略绕组电阻，并经