開關(guān)磁阻電機(jī)講座課件

1、2.1 SRM 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)2.2 SRM 基本方程與性能分析基本方程與性能分析2.3 SRD的的 控制原理控制原理2.4 SRD 的功率變換器的功率變換器2.5 SRD 傳動(dòng)系統(tǒng)的反饋信號檢測傳動(dòng)系統(tǒng)的反饋信號檢測2.6 SRD 控制系統(tǒng)原理及其實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)原理及其實(shí)現(xiàn)2.7 基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的SRD控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)2.8 基于基于DSP的的SRD控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)2.9 開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī) 位位置置檢檢測測 功功率率變變換換器器 SR電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) 電電流流檢檢測測 控控制制信信號號 控控制制器器 電電 源源 負(fù)負(fù) 載載 1、雙凸極、雙凸極結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2、定子集、定子集中繞阻、

2、繞中繞阻、繞組為單方向組為單方向通電通電 3、轉(zhuǎn)子無、轉(zhuǎn)子無繞阻繞阻電機(jī)原理演示電機(jī)原理演示磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必定使自己的軸線與主在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必定使自己的軸線與主磁場的軸線重合磁場的軸線重合A-A 通電通電 1-1 與與A-A重合重合B-B 通電通電 2-2 與與B-B重合重合C-C 通電通電 3-3 與與C-C重合重合D-D 通電通電 1-1 與與D-D重合重合12/8 極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)極三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 以不同的顏色表示磁場強(qiáng)弱，藍(lán)色磁場最弱，綠色強(qiáng) 當(dāng)某一相通電時(shí)，磁極極尖處磁

3、場強(qiáng)22 )srsNkmNNk=1 1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以雙凸極的雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。2 2、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應(yīng)盡量接近。、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應(yīng)盡量接近。因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí)，就可能加大定因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí)，就可能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機(jī)出力的重要因素。機(jī)出力的重要因素。 相數(shù)相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9定子極數(shù)定子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 18轉(zhuǎn)子極數(shù)轉(zhuǎn)子極數(shù) 4 6 8 1

4、0 12 14 16步進(jìn)角步進(jìn)角(度度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 SR電機(jī)常用方案電機(jī)常用方案相數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，但成本越高，故常相數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，但成本越高，故常用三相、四相，還有人在研究兩相、單相用三相、四相，還有人在研究兩相、單相SRM低于三相的低于三相的SRM 沒有自起動(dòng)能力沒有自起動(dòng)能力 PM PM （1） 2-phase 4 stator pole/2 rotor pole（2） 4-phase 8 stator pole/6 rotor pole（3） 3-phase 6 stator pole/4 rotor pole（4） 5-phase 1

5、0 stator pole/8 rotor pole1)1)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速, , 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡單的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡單。單的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡單。2)2)功率電路簡單可靠功率電路簡單可靠 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān)，即只需單方向向與繞組電流方向無關(guān)，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一繞組電流，故功率電路可以做到每相一個(gè)功率開關(guān)。個(gè)功率開關(guān)。3)3)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng) 從從電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看

6、，各相繞組和磁路相電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路相互獨(dú)立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)互獨(dú)立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動(dòng)機(jī)中必須在各相繞組矩。而不像在一般電動(dòng)機(jī)中必須在各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4)4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流 控制器從電源側(cè)控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動(dòng)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。 （SR:0.4IN,1.4TN IM:6-7IN,2-3TN）5)5

7、)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運(yùn)行適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運(yùn)行 SRDSRD系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流的特點(diǎn)，使之在起動(dòng)過程中電流沖擊的特點(diǎn)，使之在起動(dòng)過程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還小。運(yùn)行時(shí)還小。6)6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好可控參數(shù)多，調(diào)速性能好 控制開關(guān)控制開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種法至少有四種: :相開通角相開通角, ,相關(guān)斷角相關(guān)斷角, , 相電流幅值相電流幅值, ,相繞組電壓。相繞組電壓。7)7)效率高，損耗小效率高，損耗小 SRDSRD系

8、統(tǒng)是一種系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。8)8)可通過機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿可通過機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿足各種特殊使用要求足各種特殊使用要求 。9)9)缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)、噪聲缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)、噪聲 但但可通過特殊設(shè)計(jì)克服可通過特殊設(shè)計(jì)克服航空工業(yè)航空工業(yè) 家用電器家用電器 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng) 精密伺服系統(tǒng)精密伺服系統(tǒng) 電動(dòng)車電動(dòng)車 SR電機(jī)設(shè)計(jì)研究：電機(jī)設(shè)計(jì)研究： 鐵心損耗計(jì)算、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論鐵心損耗計(jì)算、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論 SR電機(jī)的控制策略研究：電機(jī)的控制策略研究： 最優(yōu)控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、降低噪聲最優(yōu)控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、降低噪聲 具有較

9、高動(dòng)態(tài)性能、算法簡單、可抑制參數(shù)變化、擾動(dòng)及具有較高動(dòng)態(tài)性能、算法簡單、可抑制參數(shù)變化、擾動(dòng)及各種不確定性干擾的新型控制策略各種不確定性干擾的新型控制策略 智能控制策略智能控制策略 SR電機(jī)的無位置傳感器控制電機(jī)的無位置傳感器控制 SR電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究 無軸承無軸承SR電機(jī)研究（磁懸?。╇姍C(jī)研究（磁懸浮） SR電機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車、發(fā)電機(jī)、一體化電機(jī)等電機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車、發(fā)電機(jī)、一體化電機(jī)等不計(jì)磁滯、渦流及繞組間互感時(shí)，不計(jì)磁滯、渦流及繞組間互感時(shí)，m相相SR電電機(jī)系統(tǒng)示意圖機(jī)系統(tǒng)示意圖 J轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 D粘性摩擦系數(shù)粘性摩擦系數(shù) TL負(fù)載

10、轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Te K J TL R1 d 1/dtt1 u1 + - . . . Rm d m/dt um + - 耦合磁場耦合磁場 i1 im 第第k相繞組的相電壓平衡方程相繞組的相電壓平衡方程:所以：所以：電阻壓降電阻壓降kkkkk kkkkkk kkkkkdidUR iidtdtLdiL dR iLiiidtdtqqqq Y Y=+抖驏抖琪=+琪抖桫22eLddTJDTdtdtqq=+0( ,)iWcidiq=YY-Y-i( , )ceWiTqq=2 /0( , )2rNravemNTT idpqqp= 不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感與電流無關(guān)，不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感與電流無關(guān)，此時(shí)電

11、感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)此時(shí)電感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān) 1 0 2 3 0 4 5 SR電機(jī)相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化電機(jī)相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化stator = 1位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 1stator =0o位置位置rotor定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 =0ostator = 2位置位置rotor轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 2stator = 3位置位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置rotor 3stator = 4位置位置rotor轉(zhuǎn)

12、子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 4stator = 5位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 5 1 0 2 3 0 4 5 =0 定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 1( 5) 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 2 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 3 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 4 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置SR電機(jī)繞組電感的分

13、段線性解析式：電機(jī)繞組電感的分段線性解析式：min122min23max34max445()( )()LKLLLLKqqqqqqqqqqqqqqqqq-+= -K=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/sLmin為定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感為定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感, Lmax定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感 。相電流解析分析相電流解析分析ku0,sonoffsoffzonzUUqqqqqqqqqq+=-忽略電阻，相繞組電壓方程：忽略電阻，相繞組電壓方程：而：而： =L iSdUdtY=didLdidLUsLiLidtd

14、tdtdq =+=+W相電流解析分析相電流解析分析同時(shí)可以同時(shí)可以導(dǎo)出：導(dǎo)出：22233424500000TTKiTKiqqqqqqqqq= -KT為常數(shù)為常數(shù)sdidLULidtdq =+WsUdidLLiddqq=+WminsUdiLdq=Wmin( )sonUiLq qq-=Wmin2()sUCLKiqq q+=+-Wmin2min2min2()()()()sUdidLdiLiLKiKddddidiLKKiKdddid K iLKddq qqqqqqqqqqqq=+=+-+W=-+=-+min2()( )()sonUiLKqqqqq-=W+-min2(2)( )()soffonUiLKq

15、qqqqq-=W+-max(2)( )soffonUiLqqqq-=Wmax4(2)( )()soffonUiLKqqqqqq-=W-12min2min23min234max45max4()()(2)( )()(2)(2)()sonsonoffsoffonoffsoffonsoffonULULKUiLKULULKqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq-W-W+-=W+-W- W-開通角開通角關(guān)關(guān)斷斷角角 on 2 :電感上升，使繞組電感上升，使繞組電流下降電流下降 off 3 : 在電感達(dá)最大之前，繞組在電感達(dá)最大之前，繞組關(guān)斷，繞組續(xù)流。關(guān)斷，繞組續(xù)流。 3

16、z 4 (zz=2=2offoff- -onon) ) 在電感下降之前，續(xù)流結(jié)在電感下降之前，續(xù)流結(jié)束。否則會(huì)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩束。否則會(huì)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩典型電流波形典型電流波形結(jié)構(gòu)一定，在結(jié)構(gòu)一定，在onon和和offoff不變時(shí)，不變時(shí)，繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉(zhuǎn)速繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉(zhuǎn)速的升高而減小；通過調(diào)整開關(guān)角和關(guān)斷角也的升高而減小；通過調(diào)整開關(guān)角和關(guān)斷角也可以影響繞組電流，從而就間接地使電動(dòng)機(jī)可以影響繞組電流，從而就間接地使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大。的電磁轉(zhuǎn)矩增大。 ：外加電源電壓外加電源電壓UsUs、角、角速度速度r r、開通角、開通角onon、關(guān)斷角、關(guān)斷角offof

17、f、最大電、最大電感感Lmaxmax、最小電感、最小電感Lminmin、定子極弧、定子極弧s s等。等。 線性模型忽略了許多因素，計(jì)算結(jié)果誤差很線性模型忽略了許多因素，計(jì)算結(jié)果誤差很大，只能定性地說明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。大，只能定性地說明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。為避免繁瑣計(jì)算，又近似考慮磁路的飽和效應(yīng)，常為避免繁瑣計(jì)算，又近似考慮磁路的飽和效應(yīng)，常借助準(zhǔn)線性模型：將實(shí)際非線性磁化曲線分段線性，借助準(zhǔn)線性模型：將實(shí)際非線性磁化曲線分段線性，且不考慮磁耦合且不考慮磁耦合一段為飽和段，視為與一段為飽和段，視為與 =0的位置的的位置的磁化曲線平行磁化曲線平行,斜率為斜率為Lmin；一段為非飽和段，為；一段為非飽和段，為L( ,i)的的 不飽和段。不飽和段。準(zhǔn)線性模型分析準(zhǔn)線性模型分析實(shí)際磁化曲線實(shí)際磁化曲線分段線性磁化曲線分段線性磁化曲線i1準(zhǔn)線性模型繞阻電感準(zhǔn)線性模型繞阻電感L(i, ): 基于準(zhǔn)線性模型，基于準(zhǔn)線性模型，L(i, )是可解析的，可是可解析的，可以分別求出繞阻磁鏈與磁共能的分段解析式，以分別求出繞阻磁鏈與磁共能的分段解析式，由此得到由此得到SR電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的分段解析式：電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的分