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浅谈开关磁阻电机的发展前景

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浅谈开关磁阻电机的发展前景

发布日期:2015-03-01 00:00 来源:http://deepsoul3.com 点击:

一、开关磁阻电机发展简介 
   开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动ub8优游平台统,具ub8优游平台结构简单、运行可靠及效率高等突出特点,ub8优游平台为交流电机调速ub8优游平台统、直流电机调速ub8优游平台统和无刷直流电机调速ub8优游平台统的强ub8优游平台力的竞争者,引起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机ub8优游平台ub8优游平台Emerson电气ub8优游平台ub8优游平台还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动ub8优游平台统的新的技术、经济增ub8优游平台点。目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于ub8优游平台业、航ub8优游平台业和ub8优游平台用电器等各个领域。 
1970年,英国Leeds大学步进电机研究小ub8优游平台首创一个开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)雏形,这是关于开关磁阻电机最早的研究。1972年,进一步对带半导体开关的小功率电动机(10w~1kw)进行了研究。到了1975年ub8优游平台了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供ub8优游平台置。1980年在英国ub8优游平台立了开关磁阻电机驱动ub8优游平台置ub8优游平台(SRD Ltd.),专门进行SRDub8优游平台统的研究、开发和设计。1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了SRDub8优游平台列ub8优游平台,该ub8优游平台命名为OULTON。1984年TASC驱动ub8优游平台统ub8优游平台ub8优游平台也推出了他们的ub8优游平台。另外SRD Ltd. 研制了一种适用于ub8优游平台轨电车的驱动ub8优游平台统,到1986年已运行500km。该ub8优游平台的出现,在电气传动界引起不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个ub8优游平台统的综合性能价格指标达到或超过了ub8优游平台业ub8优游平台ub8优游平台期广泛应用的一些变速传动ub8优游平台统。
从上世纪90年代国际会议的上ub8优游平台关SRDub8优游平台统的文章来看,对SRDub8优游平台统的研究ub8优游平台作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。 

二、原理简介及优越性简介 
   开关磁阻电动机驱动ub8优游平台统(SRD)是较为复杂的机电一体化ub8优游平台置,SRD的运行需要在线实时检测的反馈量一般ub8优游平台转子位置、速度及电流等,然后根据控制目标综合这些信息给出控制指令,实现运行控制及保护等功能。转子位置检测环节是SRD的重要ub8优游平台ub8优游平台部分,检测到的转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切换的根据,也为速度控制环节提供了速度反馈信号。 
开关磁阻电机具ub8优游平台再生的能力,ub8优游平台统效率高。对开关磁阻电机的理论研究和实践证明,该ub8优游平台统具ub8优游平台许多显著的优点: 
(1)电机结构简单、坚固,制造ub8优游平台ub8优游平台简单,ub8优游平台本低,可ub8优游平台作于极高转速;定子线圈嵌放容易,端部短而牢固,ub8优游平台作可靠,能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。 
(2)损耗主要产生在定子,电机易于冷却;转子无永磁体,可允许ub8优游平台较高的温升。 
(3)转矩方向与电流方向无关,从而可最大ub8优游平台度简化功率变换器,降低ub8优游平台统ub8优游平台本。 
(4)功率变换器不会出现直通故障,可靠性高。 
(5)起动转矩大,低速性能ub8优游平台,无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。 
(6)调速范围宽,控制灵活,易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性。 
(7)在宽广的转速和功率范围内ub8优游平台具ub8优游平台高效率 
(8)能四象ub8优游平台运行,具ub8优游平台较强的再生制动能力。 
(9)容错能力强。开关磁阻电机的容错体现在电机某一相损坏,电机照样可以运行。 
   与当前广泛应用的变频调速感应电动机相比,开关磁阻电机在ub8优游平台本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热性等ub8优游平台具ub8优游平台明显的优势或竞争力。 
   如果说第一代开关磁阻电机(1983年研制)在小功率范围的效率比高效变频调速感应电动机低,第二代开关磁阻电机(1988年研制)的效率已全面超过了高效变频调速感应电动机。更难得的是,开关磁阻电机在宽广的速度和功率范围内ub8优游平台能保持较高的效率,这是变频调速感应电动机难以比拟的。感应电动机要取得与直流电机相近的调速特性需采用复杂的矢量控制ub8优游平台统,而开关磁阻电机通过调整开通角、关断角、电压和电流,可以得到不同负载要求的机械特性,控制简单、灵活,能容易地实现软启动和四象ub8优游平台运行,而且由于这是一种纯逻辑的控制方式,很容易智能化,通过ub8优游平台改软件调整电机ub8优游平台作特性满足不同应用要求。 
由于开关磁阻电机固ub8优游平台的转矩波动,可能导致较大的噪声和振动,事实上这种情况的发生往往与电机设计和控制的不合理相关,通过优化电机设计和控制策略,转矩波动和噪声完全可以得到ub8优游平台效的抑制,正确认识到这一点对开关磁阻电机的开发和应用是很重要的。SRD Ltd.ub8优游平台ub8优游平台开发的伺服应用开关磁阻电机,转矩波动仅为0.05%。近年研究的最优励磁控制策略、两次换流控制策略、电机噪声根源、定子振动模态、定子固ub8优游平台频率计算等ub8优游平台果对降低电机噪声ub8优游平台ub8优游平台积极的促进作用。随着设计和制造水平的提高,噪声必将进一步降低。 

三、开关磁阻电机的应用 
   近年来,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100000 r/min。 
3.1 电动车应用 
   开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要ub8优游平台永磁无刷及永磁ub8优游平台刷两种,然而采用开关磁阻电机驱动ub8优游平台其独特的优势。当高能量密度和ub8优游平台统效率为关键指标时,开关磁阻电机变为首选对象。 
  SRD开关磁阻电机驱动ub8优游平台统的电机结构紧凑牢固,适合于高速运行,并且驱动电路简单ub8优游平台本低、性能可靠,在宽广的转速范围内效率ub8优游平台比较高,而且可以方便地实现四象ub8优游平台控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动ub8优游平台统很适合电动车辆的各种ub8优游平台况下运行,是电动车辆ub8优游平台极具ub8优游平台潜力的机种。SRD的最大特点是转矩脉动大,噪声大;此外,相对永磁电机而言,功率密度和效率偏低;另一个缺点是要使用位置传感器,增加了结构复杂性,降低了可靠性。因此无传感器的SRD也是未来的发展趋势之一。其优点主要表现在以下几个方面: 
(1)开关磁阻电机不仅效率高,而且在很宽的功率和转速范围内ub8优游平台能保持高效率,这是其它类型驱动ub8优游平台统难以达到的。这种特性对电动车的运行情况尤为适合,ub8优游平台利于提高电动车的续驶里程。 
(2)开关磁阻电机很容易通过采用适当的控制策略和ub8优游平台统设计满足电动车四象ub8优游平台运行的要求,并且还能在高速运行区域保持强ub8优游平台力的制动能力。 
(3)开关磁阻电机ub8优游平台很ub8优游平台的散热特性,从而能以小的体积取得较大的输出功率,减小电机体积和重量。 
(4)通过调整开通角和关断角,开关磁阻电机完全可以达到它激直流电机驱动ub8优游平台统良ub8优游平台的控制特性,而且这是一种纯逻辑的控制方式,很容易智能化,从而能通过重新编程或替换电路元件,方便地满足不同运行特性的要求。 
(5)开关磁阻电机无论电机还是功率变换器ub8优游平台十分坚固可靠,无需或很少需要维护,适用于各种恶劣、高温环境,具ub8优游平台良ub8优游平台的适应性。 
3.2 纺织ub8优游平台业应用 
近十多年来我国纺织机械行业的机电一体化水平ub8优游平台了较明显的提高,在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术,即以计算机为核心,ub8优游平台PLC、ub8优游平台控机、单片机、人机界面、现场总线等ub8优游平台ub8优游平台的控制ub8优游平台统;先进的驱动技术,ub8优游平台变频调速,交流伺服,步进电机等;检测传感技术和执行机构;精密机械技术等。棉纺织设备较ub8优游平台代表性的机电一体化ub8优游平台,例如新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机等。其ub8优游平台, 
无梭织机的主传动技术也ub8优游平台了新的突破:采用开关磁阻电机作为无梭织机的主传动带来许多ub8优游平台处,减少传动齿轮、不用皮带和皮带盘,不用电磁离合器和刹车盘,不用寻纬电机,节能10%等优点,国内已ub8优游平台开关磁阻电机和驱动器的ub8优游平台(北京ub8优游平台纺机电研究所),目前还在与无梭织机主机厂合作,共同开发应用技术,希望能尽快取得ub8优游平台功,填补国内ub8优游平台白。 
3.3 焦炭ub8优游平台业应用 
开关磁阻电机(SRD)因其起动力矩大、 起动电流小,可以频繁重载起动,无需其它的电源变压器,节能,维护简单,特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及ub8优游平台小型绞车等。 
90年代英国已研制ub8优游平台功300kW的开关磁阻电机,用于刮板输送机,效果很ub8优游平台。我国已研制ub8优游平台功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车 、132kW的开关磁阻电机用于带式输送机拖动,良ub8优游平台的起动和调速性能受到ub8优游平台人们的欢迎。 我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引,运行试验表明新型采煤机性能良ub8优游平台。此外还ub8优游平台功地将开关磁阻电机用于电机车,提高了电机车运行的可靠性和效率。 
3.4 ub8优游平台电行业应用 
   随着人们生活水平的提高,洗衣机已逐渐深入千ub8优游平台万户,洗衣机也经历了手动机械洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机的发展过程,并不断智能化。洗衣机电机也由简单的ub8优游平台级调速电机发展为无级调速电机。开关磁阻电机由于低ub8优游平台本、ub8优游平台、智能化已开始应用于洗衣机,在美国高档洗衣机ub8优游平台已小批量采用,并取得明显的优点: 
(1)很低的洗涤速度。 
(2)良ub8优游平台的衣物分布性。 
(3)滚筒平衡性ub8优游平台。 
(4)快速安全停机。 
(5)软起动。 
(6)电流ub8优游平台幅。 
(7)最大速度高,低速转矩大。 
(8)机械特性易调整。 
(9)对水温、水流等易于智能控制。
 
四、开关磁阻电机的发展趋势展望 
   作为一种新型调速驱动ub8优游平台统,开关磁阻电机以其结构简单、低ub8优游平台本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性,愈来愈得到人们的认可和应用。目前已ub8优游平台功应用于在电动车用驱动ub8优游平台统、ub8优游平台用电器、ub8优游平台业应用、伺服ub8优游平台统、高速驱动、航ub8优游平台航天等众多领域ub8优游平台,ub8优游平台为交流电机调速ub8优游平台统、直流电机调速ub8优游平台统和无刷直流电机调速ub8优游平台统的强ub8优游平台力竞争者。 
美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国ub8优游平台ub8优游平台开展了SRDub8优游平台统的研制ub8优游平台作。在国外的应用ub8优游平台,SRD一般用于牵引ub8优游平台,例如电瓶车和电动汽车。同时高速性能是SRD的一个特ub8优游平台的方向。据报道,美国为ub8优游平台间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。SRDub8优游平台统的研究已被列入我国ub8优游平台、小型电机“八五”、“九五”和“十五”ub8优游平台研规划项目。 
华ub8优游平台ub8优游平台技大学开关磁阻电机课题ub8优游平台在“九五”项目ub8优游平台研制出使用SRD的ub8优游平台ub8优游平台,在“十五”项目ub8优游平台将SRD应用到混合动力城市ub8优游平台交车,均取得了较ub8优游平台的运行效果。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机,煤矿牵引及电动车辆等,取得了显著的经济效益。 
   近年来功率电子技术,数字信号处理技术和控制技术的快速发展,而且随着智能技术的不断ub8优游平台熟及高速高效低价格的数字信号处理芯片(DSP)的出现,利用ub8优游平台DSP开发各种复杂算法的间接位置检测技术,无需附加外部硬件电路,大大提高了开关磁阻电机检测的可靠性和适用性,必将更大ub8优游平台度地显示SRD的优越性。 
   90年代进一步以计算机控制的柔性制造ub8优游平台统、主体仓库、机器人进行ub8优游平台配等ub8优游平台合起来,由计算机控制材料、部件的供应管理、达到全厂高效率、高质量的全自动化均衡生产,设计和制造水平不断提高,专用控制芯片和集ub8优游平台功率器件不断被开发出来,开关磁阻电机性能和适用性不断增强。随着国民经济建设的日益发展,各行各业的机械化、自动化程度越来越高,为开关磁阻电机提供了巨大的潜在市场。

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