微特电机及系统chap09_双凸极电机驱动系统.ppt

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双凸极电机驱动系统,一、开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor）1.结构特点,a.定子和转子均为凸极结构；b.定子上空间相对的两个极上的线圈串联或并联构成一相绕组;c.转子上无绕组;d.最常见的组合为6/4极，8/6极或12/8极。

定子6极，转子4极,定子8极，转子6极,定子12极，转子8极,开关磁阻电机驱动系统组成框图,2.工作原理,1当转子齿正对定子槽时，绕组电感有最小值；2当转子齿与定子齿对齐时，绕组电感有最大值；3当转子旋转时，绕组电感随之变化。

开关磁阻电机的运行原理是“磁阻最小原则”。

在图示位置，当给B相绕组通电，转子将倾向于顺时针方向旋转，使磁路磁阻减小，直至转子齿2与定子齿B完全重合。

然后，B相断开，A相通电，转子磁阻转矩将进一步使转子向前转动至转子齿1与A相重合。

转矩方向总是朝着最接近的定转子齿重叠的位置。

按B-A-D-C顺序通电，转子将按顺时针方向连续旋转,为电磁转矩，Wf为磁场储能,wr为转子机械角速度,由转矩公式可知：

开关磁阻电机的转矩大小与电流平方成正比，因此转矩方向与电流方向无关，故可以采用单极性电流供电；转矩与绕组电感对转子位置角的变化率成正比。

因此，只有当绕组电感随转子位置角而增大时，给绕组通电才能产生正向电动转矩。

当电感随转子位置角而下降时，如绕组中仍有电流，则将产生制动转矩；相绕组关断后绕组电流不能突变为零，有一个延续过程。

为防止绕组电流延续到负转矩区，必须在绕组电感开始下降之前提前关断绕组。

3基本控制策略A.低速时的电流斩波控制（Currentchoppingcontrol-CCC）,在电感很小时使绕组开通，电流快速上升。

为防止电流过大而损坏电机，当电流达到最大值Imax时，使绕组关断；电流开始衰减，当电流衰减咸至Imin时，绕组重新开通。

在最大电感出现之前必须将绕组关断，以免电流延续到负转矩区。

B.高速时的角度位置控制（Angularpositioncontrol-APC）,高速时，由于反电势大，电流受到限制，上升较慢。

当到达最大值后，因电感的增加，电流反而下降。

同样，为避免电流延续到负转矩区，绕组要在电感到达最大值之前关断。

速度越高，要关断的越早。

典型机械特性,4功率变换电路,每相一个开关管,四相驱动电路（每相二个开关管）,5开关磁阻电机的非线性特性以上分析都是在线性条件下进行的。

实际电机磁路为非线性。

磁场分布,非线性电感,非线性转矩,6开关磁阻电机的优缺点：

优点：

结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；采用集中式绕组，绕组端部短，省铜，绕组电阻小，效率高；因转矩与电流方向无关，可用单极性电流供电，故功率变换器可简化，每相可用一个功率器件，不仅降低了成本，还避免了上、下桥臂直通问题。

缺点：

由于只有当电感变化率为正时绕组才能导通，一个周期中只有半个得到利用，因此系统效率和材料利用率相对较低；定子绕组既要提供有功电流，又要提供无功电流，增大,了绕组和功率变换器的VA容量；无功（励磁）电流在绕组和功率器件中产生损耗，降低了系统效率；由于开关磁阻电机的绕组电感较大，并且绕组关断时电感处于电感最大值位置，关断后电流衰减慢，很容易延续到负转矩区，因此绕组需要提前关断，速度越高，提前量就要越大，使绕组有效导通区间减速小，削弱了电机的出力；因定转子为双凸极结构，转矩脉动分量较大，会引起振动和噪声。

二、双凸极永磁电机（Doublysalientpermanentmagnetmotor-DSPMmotor）1结构特点,定转子均为凸极结构；定子齿上装有集中式绕组；转子上既没有绕组，也没有永磁体适合高速运行；定子上装有永磁体结构稳定，易于冷却；由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体，绕组电感比SR电机要小很多。

8/6极DSPM电机截面图,6/4-poleDSPMmotor,12/8-poleDSPMmotor,2工作原理当转子齿进入定子齿下时，该定子绕组的磁链和电感均随之增加，当转子齿与定子齿完全重合时，磁链有最大值；当转子齿离开定子齿时，磁链随之减小，当转子齿对着定子槽时，磁链有最小值。

忽略铜耗和铁耗，则电磁功率为：

每相电磁转矩为：

Tpm为永磁磁链与电枢电流相互作用产生的永磁转矩；Tr为绕组电感变化而产生的磁阻转矩，因电感很小，磁阻转矩分量较小，永磁转矩占主导地位。

当磁通变化率为正时，通入正电流，产生正转矩；当磁通变化率为负时，通入负电流，仍产生正转矩。

可见，一个周期内两个区间均得到利用，所以，DSPM电机的功率密度高，材料利率高。

DSPM电机需要双极性电流供电。

6/4极DSPM电机的转矩（每相值）,3基本控制策略低速时的电流斩波控制（Currentchoppingcontrol-CCC）,高速时的角度位置控制（Angularpositioncontrol-APC）,在正半周，因永磁磁链和电感的变化率均为正，电流上升较慢。

在负半周，因开始时的反电势较大，电流变化较慢，但到负半周的后部，因反电势变小，电感也较小，电流快速增加到很大的数值，为免电流过大，仍需进行斩波限流。

4功率变换电路为获得双极性电流，基本的功率变换电路有两种：

一是每相一个全桥电路。

每相需要四个功率器件，绕组电压就等于直流电源电压。

全桥功率变换器,二是带分裂电容的半桥功率变换器。

用两个电容将直流电压一分为二；绕组电压等于直流电压的一半；每相需要二个功率器件。

5转子位置传感器,8/6极DSPM电机位置传感器,位置信号与磁链之间的关系,6控制系统构成,非线性特性,PMfluxlinkage,Self-inductance,可见，绕组电感不仅是转子位置角的函数，而且与电枢反应磁场对永磁体是去磁还增磁作用有关。

PM-2A表示电枢电流磁场与永磁磁场反向，起去磁作用，磁路饱和程度低，故电感较大。

反之，PM+2A时电感较小。

电感随转子位置和电流的变化关系,