开关磁阻电机的基本了解Word文档格式.docx

1、首先要保证励磁相的定子凸极和最近的转子凹极中心线不重合，也即初始位移不能位于磁阻最小位置。通以交流电后，经过一个整流桥变为直流电源，当开关S1和S2开通时，AA相通电励磁，产生一个磁拉力。在该电磁力的轴向分量作用下，产生电磁转矩，凸极转子铁心趋向于旋转到定转子极轴线B-B与A-A重合的位置；而电磁力的径向力分量则造成定子的“变形”，这也是产生转矩脉动和电机噪声的根本原因之一。在该过程中电机吸收电能。关断S1和S2，开通BB相，此时AA相经续流二极管VD1、VD2将电能回馈给电源，同时BB相趋向运行到定转子极轴线C-C与B-B重合的位置。以此类推，顺次给ABCD相循环励磁，在惯性和轴向力的作用下

2、，转子将一直逆着励磁顺序旋转，从而完成自同步运行。同理若改变励磁顺序为CBAD，则转子沿顺时针方向转动。由此可以看出， SRM与直流电机不同，其运行方向与相电流方向无关，而仅与相绕组通电顺序有关。图1-2开关磁阻电机调速系统构成初次以外，我还搜集了几种不同结构的SR电机，分别有涡轮转子两相SR电机，可控饱和两相SR电机、常规结构三相6/4级SR电机、三相6/8SR电机、三相12/10级SR电机、三相6/2级SR电机、三相12/8级SR电机、三相24/32极外转子SR电机、五项10/8级短磁SR电机、七相14/12极短磁路SR电机，具体配图见报告末尾备注。二 SRD的物理方程与控制分析SRM的双

3、凸极结构及整个磁路的脉振性、高饱和、涡流、磁滞等非线性因素的存在，加上运行时的开关性，使得的SRM精确分析极为困难【41,44】。在此问题上，适度的简化模型显示了强大的优势。首先，基于简化模型的假设如下【28，102】：主开关电源的直流电压（Us）不变；忽略铁耗及相间互感；忽略功率开关自身的功耗，视为理想开关器件；认为电机各相参数完全对称；磁场不饱和。在此基础上，我们可以得到SRM运行的本质电磁和力学关系，写出其严密的物理方程1,2,3,7。1.电路方程 （1-2）式中，Uk：第k相绕组端电压；Rk、ik、 k：第k相绕组的电阻、电流和磁链。2.磁链方程相绕组磁链可用相电感和相电流表示，即：

4、（1-3）式中， ：转子位置角。3.机械方程 （1-4）其中： （1-5） （1-6）式中，：角速度；Te：电磁转矩；负载转矩；J：转动惯量；D：摩擦系数。4.机电联系方程单相单独工作时电机产生的电磁转矩为： （1-7）且 ： （1-8）相绕组磁共能。 由电路方程，可求得简化模型下的相电流解析式为： （1-9）其中，f（ ）为电机本体参数、开通范围及转子位置角的函数。 因此，可得到m相电机的平均电磁转矩为： （1-10） 5. 机械特性方程如果开通区间和给定电压固定，则式（1-10）中积分部分为定值，由此得到SRM固有机械特性为： （1-11）式中，k为比例系数。将式1-11变形可得： （1-

5、12）由此可明显看出，SRM可调速参数较多，分别为：相绕组电压Us、开通角和关断角。根据调节参数的不同，可将SRD常见调速方式分为三种1,53,58,59斩波控制方式（Current Chopping Control，简称CCC）；角度位置控制方式（Angular Position Control，简称APC）；和电压控制（VoltageControl，简称VC），其中VC常采用电压PWM（Pulse Width Modulation，简称PWM）方式，如图1-3所示。三种调速方式中，CCC常用于基速以下的恒转矩区，通过电流斩波限来限制其启动电流。APC则适用于基速以上的恒功率区，因旋转电动势

6、较大，开关器件导通的时间较短，电流较小，可通过APC方式增大来补偿电磁转矩。电压PWM方式通过调节绕组电压平均值，间接调节并限制绕组电流，适用于整个调速范围。下图 1-4 a）- c）分别为各调速方式的控制框图。图1-3 SRD常见调速方式应用为使SRD工作于最佳状态，需结合不同的调速方式选择合适的控制策略。目前较常用的有传统PI控制17、模糊控制【4,30】、滑模控制【33】及其组合控制【34,35】等。由于其电机的强耦合和非线性等特性，传统控制无法满足系统高性能的要求，智能控制正逐步应用于SR电机控制领域，很多学者致力于该方面的研究，如自适应控制【27,28，31】、反馈线性化控制【59】

7、、人工神经网络控制【43，45】等。三SRD的控制方式以及运行状态 开关磁阻电机在运行时，有三种物理状态：1 起动2 稳态运行3 制动控制开关磁阻电机稳态运行时,控制方式有三种,分别是电流限制CCC控制/电流PWM控制、电压PWM控制，其三种手画图分别为图a、图b、图c。 图a图b图c四SRD电机的优缺点优点：1. SRD有较大的电机利用系数，可以是感应电机利用系数的1.21.4倍2. 电机结构简单，转子上没有绕组；定子上只有简单的集中绕组，没有相间跨接线。3. 转矩与电流极性无关，单向电流激励。4. 对转速限制小，可以制成高速电动机5. 通过对电流的通段、幅值控制，满足不同服在要求的机械特性

8、6. SRD系统效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都较高缺点：1. 有转矩脉动转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，切有双凸级结构和磁路非线性，合成转矩不是恒定转矩，有一定的谐波分量2. 噪声与振动大3. 出线头多五SRD电机性能、应用以及研究现状与发展前景自1842年，英国的Aberdeen和Davidson的开关磁阻电机运行理念诞生以来，经过100多年的技术准备，1967-1970年出现了世界上第一台SRM的雏形28与传统交直流电机相比，整体效率高10以上；功率因数空载时可达0.995，满载时可达0.98，结构简单、性价比高、性能可靠、调速范围宽、运行效率高、可控参数多，控制灵活方便，允许频繁

9、起停，起停次数可达1000次/小时，转速不受负载大小变化的影响，具有很高的效率17,18。因而上世纪80年代以后，开关磁阻电机得到迅速发展，日新月异【58,1011】。目前国内外已有许多公司分别推出了其商品化的开关磁阻电机产品，代表性产品如下表1-1所示【28,36,60,73,87,88】。表1-1 SRD代表性产品或样机Table 1-1 Representative Products of the SRD研制单位相关产品技术参数优势优点美国GE高速SRD样机90 kw ，105r/min有效材料仅10kg， 5MW， 1*106N.m中国SRM采煤机，牵引电机100kw，180kw防爆，

10、适用于恶劣工作环境，可频繁起制动南京航空航天大学1kW，1.5kW， 105r/min可超高速运行，工作转速可达130,000r/min；英国SRD Ltd.第二代SRD通用产品100w100Kw 505000 r/min效率比第一代OULTON电机高2%以上英国ALLENWESTSRD产品通用系列7.522KW功率范围大英国BJD公司密闭水冷式SRD35KW防爆，耐高温意SICME MOTOR和英国SRD Ltd.XMC、XMP、XME3系列SRD80 180m， 4Kw140Kw，3000rpm，转速的60140%范围内的效率都高于90%，即使在20%额定转速的低速下，其效率仍可达40%.

11、英国Nottingham开关磁阻风力发电机可变速风力发电机加拿大semifusion开关磁阻伺服系统双轴、四象限，调速平稳中国于1984年跟踪英国的研究成果，在借鉴国外经验的基础上，开关磁阻电机的研究进展很快【13,14】。目前华中科技大学在“九五”项目中研制出了SRD电动车，“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车，南京调速电机厂已与与北京纺织机械研究所合作研制成功3kW的SRM。近年来，我国已研制了50W-50KW、20多个规格的工业产品样机，应用于刨床、煤矿牵引、纺织、冶金、机械、运输、电动车驱动、航空、和家用电器等领域【58,1011】。现已开始新型SRM电机的研究【101】如D

12、SPM电机、电励磁双凸极发电机、磁浮开关磁阻电机【22】、无轴承开关磁阻电机【93】等，并取得了一定研究成果。在SR电机的理论研究上，主要集中于控制、仿真、设计理论和电磁数值分析等方面，代表单位有南京航空航天大学、华中科技大学，华中理工大学、华南理工大学、东南大学、西安交通大学、浙江大学、清华大学、中国矿业大学、北京纺织机械研究所，上海电科院、西安微电机研究所等39,42,47,52,57。作为一新型电机调速系统，SRD涵盖了电力电子、电机、微机、控制工程、控制机械等知识领域。目前SRD还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点【55,56】，在理论和应用上仍需进行深入研究，主要有以下方面： SRM仿真模型的建立【52】； SRD现代控制理论及控制参数优化研究【29,41,81,102,106】；转矩脉动及振动噪声问题研究【15,50,69,82】；实用无位置传感器方案的研究【65,66,97】；新型电机结构的研究【85,86】；电机优化设计【37,67,68,107】；电机铁耗、效率分析【70,71,96】； SRD中电机、功率变换器及控制器三者之间的总体优化设计等【72,99】。由此可见开关磁阻电机的发展前景还是十分广阔的。备注：