开关磁阻电动机原理.ppt

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1、7.2.1开关磁阻电动机原理一、开关磁阻电动机的工作原理关磁阻电动机传动系统(简称SRD系统)是最近20年来开发成功的一种新型电气传动系统，它由开关磁阻电动机(简称SR电机或SRM)、功率变换器、转子位置检测器和控制器所组成，如图5-21所示。图5-21开关磁阻电动机传动系统结构基本结构定子和转子均为凸极结构定子和转子的齿数不等，转子齿数一般比定子少两个定子齿上套有集中线圈，两个空间位置相对的定子齿线圈相串联，形成一相绕组转子由铁心叠片而成，其上无绕组如图5-22所示图5-22开关磁阻电动机的基本结构工作机理开关磁阻电机的工作机理与磁阻(反应)式步进

2、电动机一样，基于磁通总是沿磁导最大的路径闭合的原理。当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁场就会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁导最大的位置。当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将一步一步地沿着通电相序相反的方向转动。如果改变定子各相的通电次序，电机将改变转向。但相电流通流方向的改变是不会影响转子的转向的。转速的计算设：定子绕组为m相，定子齿数Ns=2m，转子齿数为Nr。当定子绕组换流通电一次时，转子转过一个转子齿距。这样定子需切换通电Nr次转子才转过一周，故电机转速n(r/min)与相绕组电压的开关频率f之间的关系为(5-10)(

3、5-11)给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率则为(5-12)优点开关磁阻电机由于转子上没有绕组，定子线圈的端部又很短，不但制造方便，而且线圈的发热量小且容易散热，从而电磁负荷可以提高，电机利用系数可达异步电机利用系数的1.4倍，电机制造成本大为降低。由于转子上无线圈，转动惯量小，具有较高的转矩/惯量比，所以特别适合于高速运行。由于开关磁阻电机的转矩是靠定、转子的凸极效应产生，与绕组中所通电流极性无关，因此每相绕组中通入的可以是单方向的电流(脉冲)，无须交变。这样不但可使控制每相电流的功率开关元件数量减少一半，而且可以避免一般电压型逆变器中最

4、危险的上、下桥臂元件直通的故障，不但显著降低控制装置的成本，而且大大提高了系统的安全可靠性。不足开关磁阻电机的主要问题是它产生的电磁转矩脉动较大，振动与噪声较严重，此外功率开关元件关断时还会在电机定子绕组端部及开关器件上产生较高的电压尖峰。为了解决这些问题已设计出不同的控制方案，图5-23为一种较为常用的四相开关磁阻电机功率电路形式。图5-23四相开关磁阻电动机原理接线图二、开关磁阻电动机的运行分析开关磁阻电动机依靠定转子的凸极效应产生电磁转矩，其机理可以用相绕组电感L随转子位置变化的关系来说明。如果忽略电机磁路饱和的影响，则相绕组电感与电流大小无关

5、；如不计磁场边缘扩散效应，则相绕组电感随转子位置θ的变化规律L(θ)将如图5-24所示，近似为一梯形波。图5-24相绕组电感变化规律转矩特性当开关磁阻电机由图5-23所示的电源供电时，如果电动机匀速旋转，可得(5-15)式中，等号右边第一项为平衡绕组中变压器电势的压降；第二项为电阻压降；第三项为旋转电势所引起的压降，它只有在电感随转子位置而变时才存在，其方向与电感随转子位置θ的变化率有关：当电感随θ角的增大而增大时为正，当电感随θ角的增大而减小时为负。旋转电势引起的压降为正表示吸收电功率，产生驱动转矩，输出机械功当旋转电势引起的压降为负则表示是发出电

6、功率，产生制动转矩所以在开关磁阻电机中，为获得较大的有效转矩应避免产生制动转矩，在绕组电感开始随转子位置角θ的增大而减少时应尽快使绕组中电流衰减到零，这点十分重要。在开关磁阻电机中，电磁转矩的调节主要是通过控制功率开关的开、关时刻，即开关元件的导通角α1和截止角α2来实现的设在图5-24中的I区内触发导通功率开关(α1<θ1)；在II区内关断功率开关(θ1<α1<θ3)。在这种情况下，相电流的波形将如图5-25所示，它可以分为五段。图5-25电动机工作时的相电流波形电流特性(1)第一段在t=0(θ=α1)时，功率开关导通，相绕组开始通电。但在这段区间

7、由于电感小且，故无旋转电势，所以在这阶段中相电流作线性增长，上升速率较快。如不计电阻影响，由式5-15可得通过合理选择导通角α1使相电流在进入有效工作段时就达到足够大的数值，这是开关磁阻电机控制电磁转矩的主要办法。(2)第二段这段期间L在不断增大，因而相绕组中出现了旋转电势压降，绕组中电流不能继续直线上升，甚至可能出现下降。求得这段期间电流关系式为：(5-19)式中这时的电流主要用于产生电磁转矩，因此这一段电流的大小直接影响电动机的出力。从5-19可以看出，开关磁阻电机的负载电流与许多参数有关，其中属于可控的因素是导通角α1，不同α1的可能形成不同的

8、电流波形。如图5-26所示。图5-26不同α1时相电流波形(3)第三段在反向电压－Us的作用下绕组磁链开始线