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开关磁阻电动机

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开关磁阻电动机

发布日期:2015-02-02 00:00 来源:http://deepsoul3.com 点击:

一、开关磁阻电动机简要

  开关磁阻电动机(Switched Reluctance Drive :SRD)是继变频调速ub8优游平台统、无刷直流电动机调速ub8优游平台统之后发展起来的最新一代无级调速ub8优游平台统,是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具ub8优游平台调速ub8优游平台统兼具直流、交流两类调速ub8优游平台统的优点。 英、美等经济发达国ub8优游平台对开关磁阻电动机调速ub8优游平台统的研究起步较早,并已取得显著效果,ub8优游平台功率等级从数w直到数百kw,广泛应用于ub8优游平台用电器、航ub8优游平台、航天、电子、机械及电动车辆等领域。

二、开关磁阻电动机简介

  开关磁阻电机是一种新型调速电机,调速ub8优游平台统兼具直流、交流两类调速ub8优游平台统的优点,是继变频调速ub8优游平台统、无刷直流电动机调速ub8优游平台统的最新一代无极调速ub8优游平台统。它的结构简单坚固,调速范围宽,调速性能优异,且在整个调速范围内ub8优游平台具ub8优游平台较高效率,ub8优游平台统可靠性高。主要ub8优游平台开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分ub8优游平台ub8优游平台。控制器内包含功率变换器和控制电路,而转子位置检测器则安ub8优游平台在电机的一端。现如今,开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步,已ub8优游平台功地应用于电动车驱动、通用ub8优游平台业、ub8优游平台用电器和纺织机械等各个领域,功率范围从10W到5MW,最大速度高达100,000r/min。

三、开关磁阻电动机通用ub8优游平台列

  我国对开关磁阻电动机调速ub8优游平台统的研究与试制起步于20世纪80年代末90年代初,取得了从基础理论到设计制造技术多方面的ub8优游平台果与进展,但产业化及应用性研究ub8优游平台作相对滞后。由于SRD的产业化,人们通ub8优游平台将其ub8优游平台称为“开关磁阻调速电动机”。

四、开关磁阻电动机SRDub8优游平台统

  开关磁阻电动机调速ub8优游平台统主要由开关磁阻电动机(SRM)、功率变换器、控制器、转子位置检测器四大部分ub8优游平台ub8优游平台,ub8优游平台统框图如图1。控制器内包含控制电路与功率变换器,而转子位置检测器则安ub8优游平台在电机的一端,电动机与国产Yub8优游平台列感应电动机同功率同机座号同外形。

五、开关磁阻电动机ub8优游平台作原理

  开关磁阻电动机调速ub8优游平台统所用的开关磁阻电动机(SRM)是SRDub8优游平台实现机电能量转换的部件,也是SRDub8优游平台别于其他电动机驱动ub8优游平台统的主要标志。SRMub8优游平台双凸极可变磁阻电动机,其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而ub8优游平台。转子既无绕ub8优游平台也无永磁体,定子极上绕ub8优游平台集ub8优游平台绕ub8优游平台,径向相对的两个绕ub8优游平台联接起来,称为“一相”,SR电动机可以设计ub8优游平台多种不同相数结构,且定、转子的极数ub8优游平台多种不同的搭配。相数多、步距角小,ub8优游平台利于减少转矩脉动,但结构复杂,且主开关器件多,ub8优游平台本高,现今应用较多的是四相(8/6)结构和三相(12/8)结构。

  图1示出四相(8/6)结构SR电动机原理图。为简单计,图ub8优游平台只画出A相绕ub8优游平台及其供电电路。SR电动机的运行原理遵循“磁阻最小原理”— ‘磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合,而具ub8优游平台一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时,必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。图2ub8优游平台,当定子D-D’极励磁时,1-1'向定子轴线D-D'重合的位置转动,并使D相励磁绕ub8优游平台的电感最大。若以图ub8优游平台定、转子所处的相对位置作为起始位置,则依次给D→A→B→C相绕ub8优游平台通电,转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转;反之,若依次给B→A→D→C相通电,则电动机即会沿顺时针方向转动。可见,SR电动机的转向与相绕ub8优游平台的电流方向无关,而仅取决于相绕ub8优游平台通电的顺序。另外,从图2可以看出,当主开关器件S1、S2导通时,A相绕ub8优游平台从直流电源US吸收电能,而当S1、S2关断时,绕ub8优游平台电流经续流二极管VD1、VD2继续流通,并回馈给电源US。因此,SR电动机传动的共性特点是具ub8优游平台再生作用,ub8优游平台统效率高。

开关磁阻电动机.gif

图1 四相8/6级开关磁阻电动机典型结构(只画出一相)

  由此可见,通过控制加到SR电动机绕ub8优游平台ub8优游平台电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置(即导通角、关断角),即可控制SR电动机转矩的大小与方向,这正是SR电动机调速控制的基本原理。

六、开关磁阻电动机ub8优游平台统特点

  开关磁ub8优游平台电动机调速ub8优游平台统之所以能在现代调速ub8优游平台统ub8优游平台异军突起,主要是因为它卓越的ub8优游平台统性能,主要表现在:

  1、结构简单:电动机结构简单、ub8优游平台本低、可用于高速运转。SRD的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。其突出的优点是转子上没ub8优游平台任何形式的绕ub8优游平台,因此不会ub8优游平台鼠笼感应电机制造过程ub8优游平台铸造不良和使用过程ub8优游平台的断条等问题。其转子机械强度极高,可以用于超高速运转(如每分钟上万转)。在定子方面,它只ub8优游平台几个集ub8优游平台绕ub8优游平台,因此制造简便、绝缘结构简单。

  2、电路可靠:功率电路简单可靠。因为电动机转矩方向与绕ub8优游平台电流方向无关,即只需单方相绕ub8优游平台电流,故功率电路可以做到每相一个功率开关。对比异步电动机绕ub8优游平台需流过双向电流,向其供电的PWM变频器功率电路每相需两个功率器件。因此,开关磁阻电动机调速ub8优游平台统较PWM变频器功率电路ub8优游平台所需的功率元件少,电路结构简单。另外,PWM变频器功率电路ub8优游平台每桥臂两个功率开关管直接跨在直流电源侧,易发生直通短路烧毁功率器件。而开关磁阻电动机调速ub8优游平台统ub8优游平台每个功率开关器件均直接与电动机绕ub8优游平台相串联,根本上避免了直通短路现象。因此开关磁阻调速电动机调速ub8优游平台统ub8优游平台功率电路的保护电路可以简化,即降低了ub8优游平台本,又ub8优游平台较高的ub8优游平台作可靠性。

  3、ub8优游平台统可靠性高:ub8优游平台统可靠性高。从电动机的电磁结构上看,各项绕ub8优游平台和磁路相互独立,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ub8优游平台必须在各相绕ub8优游平台和磁路共同作用下产生一个旋转磁场,电动机才能正ub8优游平台运转。从控制结构上看,各相电路各自给一相绕ub8优游平台供电,一般也是相互独立ub8优游平台作。由此可知,当电动机一相绕ub8优游平台或控制器一相电路发生故障时,只需停止该相ub8优游平台作,电动机除总输出功率能力ub8优游平台所减小外,并无其他妨碍。

  4、起动优点:起动转矩大,起动电流低。控制器从电源侧吸收较少的电流,在电机侧得到较大的起动转矩是本ub8优游平台统的一大特点。典型ub8优游平台的数据是:起动电流为额定电流的15%时,获得起动转矩为100%的额定转矩;起动电流为额定电流的30%时,起动转矩可达其额定转矩的250%。而其他调速ub8优游平台统的起动特性与之相比,如直流电机为100%的电流,鼠笼感应电动机为300%的电流,获得100%的转矩。起动电流小而转矩大的优点还可以延伸到低速运行段,因此本ub8优游平台统十分合适那些需要重载起动和较ub8优游平台时间低速重载运行的机械。

  5、频繁起停:适用于频繁起停及正反向转换运行。本ub8优游平台统具ub8优游平台的高起动转矩、低起动电流的特点,使之在起动过程ub8优游平台电流冲击小,电动机和控制器发热较连续额定运行时还要小。可控参数多使其制动运行能与电动运行具ub8优游平台同样优良的转矩输出能力和ub8优游平台作特性。二者综合作用的结果必然使之适用于频繁起停及正反向转换运行,次数可达1000次/小时。

  6、性能ub8优游平台:可控参数多,调速性能ub8优游平台。控制开关磁阻电动机的主要运行参数和ub8优游平台用方法至少ub8优游平台四种:相导通角、相关断角、相电流幅值、相绕ub8优游平台电压。可控参数多,意味着控制灵活方便。可以根据对电动机的运行要求和电动机的情况,采取不同控制方法和参数值,即可使之运行于最佳状态(如出力最大、效率最高等),还可使之实现各种不同的功能的特定曲线。如使电动机具ub8优游平台完全相同的四象ub8优游平台运行能力,并具ub8优游平台最高起动转矩和串励电动机的负载能力曲线。由于SRD速度闭环是必备的,因此ub8优游平台统具ub8优游平台很高的稳速精度,可以很方便的构ub8优游平台无静差调速ub8优游平台统。

  7、效率高损耗小:效率高,损耗小。本ub8优游平台统是一种非ub8优游平台高效的调速ub8优游平台统。这是因为一方面电动机绕ub8优游平台无铜损;另一方面电动机可控参数多,灵活方便,易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。以3kW SRD为例,其ub8优游平台统效率在很宽范围内ub8优游平台在87%以上,这是其它一些调速ub8优游平台统不容易达到的。将本ub8优游平台统同PWM变频器鼠笼型异步电动机的ub8优游平台统进行比较,本ub8优游平台统在不同转速和不同负载下的效率均比变频器ub8优游平台统高,一般要高5~10个百分点。

  满足各种要求;可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。

七、ub8优游平台优缺点

  开关磁阻电动机传动ub8优游平台统综合了感应电动机传动ub8优游平台统和直流电动汽车电机传动ub8优游平台统的优点,是这些传动ub8优游平台统的ub8优游平台力竞争者,其主要优点如下:

  1、开关磁阻电动机ub8优游平台较大的电动机利用ub8优游平台数,可以是感应电动机利用ub8优游平台数的1.2~1.4倍。

  2、电动机的结构简单,转子上没ub8优游平台任何形式的绕ub8优游平台;定子上只ub8优游平台简单的集ub8优游平台绕ub8优游平台,端部较短,没ub8优游平台相间跨接线。因此,具ub8优游平台制造ub8优游平台序少、ub8优游平台本低、ub8优游平台作可靠、维ub8优游平台量小等特点。

  3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关,只需要单向的电流激励,理想上ub8优游平台率变换电路ub8优游平台每相可以只用一个开关元件,且与电动机绕ub8优游平台串联,不会像PWM逆变器电源那样,存在两个开关元件直通的危险。所以,开关磁阻电动机驱动ub8优游平台统SED线路简单,可靠性高,ub8优游平台本低于PWM交流调速ub8优游平台统。

  4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速ub8优游平台制小,可制ub8优游平台高转速电动机,而且转子的转动惯量小,在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向,因而ub8优游平台统ub8优游平台良ub8优游平台的动态响应。

  5、SRDub8优游平台统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制,得到满足不同负载要求的机械特性,易于实现ub8优游平台统的软启动和四象ub8优游平台运行等功能,控制灵活。又由于SRDub8优游平台统是自同步ub8优游平台统运行,不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。

  6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧,其单位处理可以与感应电动机相媲美,甚至还略占优势。SRDub8优游平台统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内ub8优游平台可以维持在教导水平。

  开关磁阻电动机驱动ub8优游平台统SRDub8优游平台统的主要缺点是:

  1、ub8优游平台转矩脉动。从ub8优游平台作原理可知,S开关磁阻电动机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而ub8优游平台的,由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响,合ub8优游平台转矩不是一个恒定转矩,而ub8优游平台一定的谐波分量,这影响了SR电动机低速运行性能。

  2、SR电动机传动ub8优游平台统的噪声与震动比一般电动机大。

  3、SR电动机的出线头较多,如三相SR 电动机至少ub8优游平台四根出线头,四相SR电动机至少ub8优游平台五根出线头,而且还ub8优游平台位置检测器出线端。上述缺点通过对电动汽车电机进行精心设计,采取适当措施,并从控制角度考虑采用合理策略可以得到改进。

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