開關磁阻電機課件

1、開關磁阻電機課件作者：蔡維倫日期：2016.4.15課件的內(nèi)容一、一、MOTORMOTOR的的種類種類二、二、SRDSRD的特點及的特點及應應用用三三、SRDSRD的的驅(qū)動驅(qū)動原理原理四四、SRDSRD控制策略控制策略# note# note 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 2. BLDC : Brushless DC 2. BLDC : Brushless DC 3. BLAC : Brushless AC 3. BLAC : Brushless

2、 AC 4. SRM : Switched Reluctance Motor 4. SRM : Switched Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor電機交流電機直流電機感應式電機同步電機同步電機通用電機磁極電機磁極電機w單相w三相w 永磁同步電機(BLDC, BLAC)w 開關磁阻電機w 同步磁阻電機旋轉式直線式 電機可以根據(jù)電機可以根據(jù)轉矩轉矩產(chǎn)生的原理產(chǎn)生的原理劃分劃分電磁作用原理產(chǎn)電磁作用原理產(chǎn)生轉矩的電機生轉矩的電機磁阻變化原理產(chǎn)

3、磁阻變化原理產(chǎn)生轉矩的電機生轉矩的電機運動是定、轉子兩個磁場相互作用的結果運動是定、轉子兩個磁場相互作用的結果相互作用產(chǎn)生相互作用產(chǎn)生使兩個磁場趨于同向使兩個磁場趨于同向的電磁轉矩，這的電磁轉矩，這類似于兩個磁鐵的同極性相排斥、異極性相吸引的類似于兩個磁鐵的同極性相排斥、異極性相吸引的現(xiàn)象現(xiàn)象目前大部分電機都是遵循這一原理，例如一般的直流電目前大部分電機都是遵循這一原理，例如一般的直流電機和交流電機。機和交流電機。運動是由定、轉子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的運動是由定、轉子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的當定子繞組通電時，產(chǎn)坐一個單相磁場，其分鈾要遵循當定子繞組通電時，產(chǎn)坐一個單相磁場，其分鈾要遵循“磁阻磁阻

4、最小原則最小原則”，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合。因此，當，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合。因此，當轉子軸線與定子磁極的軸線不重合時，便會有磁阻力作用在轉轉子軸線與定子磁極的軸線不重合時，便會有磁阻力作用在轉子上并產(chǎn)生轉矩使其趨向于磁阻最小的位置。即兩軸線重合位子上并產(chǎn)生轉矩使其趨向于磁阻最小的位置。即兩軸線重合位置，這置，這類似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象類似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象開關磁阻電機開關磁阻電機就是屬于這一類型的電機。就是屬于這一類型的電機。電磁場電磁場到到日前為止，日前為止，在在SRD系統(tǒng)的系統(tǒng)的開發(fā)研制方面，開發(fā)研制方面，英國一直處于國英國一直處于國際領先地位。除際領先地位

5、。除英國外，美國、英國外，美國、中國、加拿大、中國、加拿大、印度、韓國等國印度、韓國等國家也都開展了家也都開展了SRD系統(tǒng)的研系統(tǒng)的研究工作究工作從此，世從此，世界上大批界上大批學者投入學者投入到到SR電電機的研究機的研究領域領域1980年，年，Lawrenson及及其同事在其同事在ICEM會議上，會議上，發(fā)表著名論文發(fā)表著名論文“開關磁阻開關磁阻調(diào)速電動機調(diào)速電動機”，系統(tǒng)地介，系統(tǒng)地介紹了他們的工作成果，闡紹了他們的工作成果，闡述了述了SR電機的原理及設電機的原理及設計特點，在國際上奠定了計特點，在國際上奠定了現(xiàn)代現(xiàn)代SR電機的地位，這電機的地位，這也標志著也標志著SRD正式得到國正式得到

6、國際認證際認證最早文獻卻最早文獻卻可追溯到可追溯到1838年，英年，英格蘭學者格蘭學者Davidson制制造了一臺用造了一臺用以推動蓄電以推動蓄電池機車的驅(qū)池機車的驅(qū)動系統(tǒng)動系統(tǒng)70年代左右，英年代左右，英國國Leeds大學步進大學步進電機和磁阻電機研電機和磁阻電機研究小組首創(chuàng)了一臺究小組首創(chuàng)了一臺現(xiàn)代開關磁阻電機現(xiàn)代開關磁阻電機的雛形的雛形通過通過30多年的研究和改進，多年的研究和改進，SRD的性能不斷提高，目的性能不斷提高，目前已能在數(shù)百瓦到數(shù)百千前已能在數(shù)百瓦到數(shù)百千瓦的功率范圍內(nèi)使其性能瓦的功率范圍內(nèi)使其性能不低于其他形式的電機不低于其他形式的電機 開關磁阻電動機（開關磁阻電動機（Sw

7、itched Reluctance Drive ：SRD）是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電）是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的動機調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的最新一代無級調(diào)速最新一代無級調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術、數(shù)字技術、電力電，是集現(xiàn)代微電子技術、數(shù)字技術、電力電子技術、紅外光電技術及現(xiàn)代電磁理論、設計和子技術、紅外光電技術及現(xiàn)代電磁理論、設計和制作技術為一體的光、機、電一體化高新技術。制作技術為一體的光、機、電一體化高新技術。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點。速系統(tǒng)的優(yōu)點。英、美等經(jīng)濟發(fā)達國家對開關磁阻電動英、美等經(jīng)濟發(fā)達國

8、家對開關磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)的研究起步較早，并已取得顯著效果，機調(diào)速系統(tǒng)的研究起步較早，并已取得顯著效果，產(chǎn)品功率等級從數(shù)產(chǎn)品功率等級從數(shù)w直到數(shù)百直到數(shù)百kw，廣泛應用于，廣泛應用于家家用電器、航空、航天、電子、機械及電動車輛用電器、航空、航天、電子、機械及電動車輛等等領域。領域。 下面通過一個下面通過一個開關磁阻電動開關磁阻電動機原理模型來機原理模型來介紹工作原理介紹工作原理電機的定子鐵芯有六個齒極，由電機的定子鐵芯有六個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制導磁良好的硅鋼片沖制。電機的轉子鐵芯有四個齒極，電機的轉子鐵芯有四個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。由導磁良好的硅鋼片沖制。 由于定子與轉子都有凸

9、起由于定子與轉子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸的齒極，這種形式也稱為雙凸極結構。在定子齒極上繞有線極結構。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），用來向電機圈（定子繞組），用來向電機提供工作磁場。在轉子上沒有提供工作磁場。在轉子上沒有線圈，這是線圈，這是磁阻電機的主要特磁阻電機的主要特點點。 2.62.6.12.6.1SRD電機轉子上沒有任何形式的繞組、永磁體、滑環(huán)等，定子上只有簡單的集中繞組，繞電機轉子上沒有任何形式的繞組、永磁體、滑環(huán)等，定子上只有簡單的集中繞組，繞組端部較短，沒有相間跨接線，因此組端部較短，沒有相間跨接線，因此SR電機的結構比鼠籠式感應電動機還要簡單。電機的結構比鼠籠式感應

10、電動機還要簡單。SR電機的材料利用系數(shù)高，與直流電機甚至感應電機相比，體積小、堅固、維護量小。電機的材料利用系數(shù)高，與直流電機甚至感應電機相比，體積小、堅固、維護量小。由于由于SR電機的轉矩與電流極性無關，只需要單方向的電流激勵，因此在理論上功率變換電機的轉矩與電流極性無關，只需要單方向的電流激勵，因此在理論上功率變換器電路中每相可以只用一個可控開關元件，而且每個可控開關元件都與電機繞組串聯(lián)，不器電路中每相可以只用一個可控開關元件，而且每個可控開關元件都與電機繞組串聯(lián)，不會出現(xiàn)像交流電機會出現(xiàn)像交流電機PWM逆變器那樣有電源直通短路的危險，所以功率變換器電路簡單，逆變器那樣有電源直通短路的危險

11、，所以功率變換器電路簡單，可靠性高。可靠性高。SR電機轉子上無繞組，系統(tǒng)在低速運行時，不僅轉矩大，而且轉子發(fā)熱不嚴重。電機轉子上無繞組，系統(tǒng)在低速運行時，不僅轉矩大，而且轉子發(fā)熱不嚴重。SRD系統(tǒng)可以通過對電流的導通、斷開以及電流幅值等的控制，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動，系統(tǒng)可以通過對電流的導通、斷開以及電流幅值等的控制，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動，四象限運行和寬廣的恒功率范圍。四象限運行和寬廣的恒功率范圍。SRD系統(tǒng)的容錯能力強，在缺相的情況下仍然能可靠運行。系統(tǒng)的容錯能力強，在缺相的情況下仍然能可靠運行。SR電機原有的轉矩脈動大、噪聲大的缺點通過技術的進步也已經(jīng)可以解決。電機原有的轉矩脈動大、噪聲大的

12、缺點通過技術的進步也已經(jīng)可以解決。192.82.8.1電動汽車用開關磁阻電機三相SRM五相SRM2.8.3SR電機設計研究：電機設計研究：1、減小轉矩脈動及噪聲、減小轉矩脈動及噪聲,電機的振動的研究電機的振動的研究2、相數(shù)的研究與選擇、相數(shù)的研究與選擇3、電機鐵耗、效率分析、電機鐵耗、效率分析SR電機的控制策略研究：電機的控制策略研究： 最優(yōu)控制，減小轉矩脈動、降低噪聲最優(yōu)控制，減小轉矩脈動、降低噪聲具有較高動態(tài)性能、算法簡單、可抑制參數(shù)變化、擾動及各種不確定性干擾的新型控制策略具有較高動態(tài)性能、算法簡單、可抑制參數(shù)變化、擾動及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電機的無

13、位置傳感器控制電機的無位置傳感器控制SR電機的振動、噪聲研究電機的振動、噪聲研究SR電機應用研究：電動車、發(fā)電機、一體化電機等電機應用研究：電動車、發(fā)電機、一體化電機等變換器方案確定和主開關元器件選擇變換器方案確定和主開關元器件選擇微處理器和專用集成電路的應用微處理器和專用集成電路的應用 在講電動機工作原理時常用通電導線在講電動機工作原理時常用通電導線在磁場中受力來解釋電動機旋轉的道理，在磁場中受力來解釋電動機旋轉的道理，磁阻電機轉子上沒有繞組，那是靠什么力磁阻電機轉子上沒有繞組，那是靠什么力推動轉子轉動呢？推動轉子轉動呢？ 磁阻電動機是利用磁阻最小原理，也磁阻電動機是利用磁阻最小原理，也就是

14、磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動轉子旋轉。用磁引力拉動轉子旋轉。 下面通過圖示來說明轉子的工作原理，下面通過圖示來說明轉子的工作原理，下面是磁阻電動機的正視圖，定子六個齒下面是磁阻電動機的正視圖，定子六個齒極上繞有線圈，徑向相對的兩個線圈是連極上繞有線圈，徑向相對的兩個線圈是連接在一起的，組成一接在一起的，組成一“相相”，該電機有，該電機有3相，相，結合定子與轉子的極數(shù)就稱該電機為三相結合定子與轉子的極數(shù)就稱該電機為三相6 / 4結構。在下圖標注的結構。在下圖標注的A、B、C相線圈僅相線圈僅為后面分析磁路帶來方便，并不是連接三為后面分析磁路帶來方

15、便，并不是連接三相交流電。相交流電。 在下面有一組磁阻電動機運轉原理動畫的截圖，在下面有一組磁阻電動機運轉原理動畫的截圖，從中我們將看到磁阻電動機是如何轉動起來的，從中我們將看到磁阻電動機是如何轉動起來的，圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電流通過；通過定子與轉子的深藍色線是磁力線；流通過；通過定子與轉子的深藍色線是磁力線；把轉子啟動前的轉角定為把轉子啟動前的轉角定為0度。度。從左面圖起，從左面圖起，A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，磁力線可看線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，磁力線可看成極有

16、彈力的線，在磁力的牽引下轉子開始逆時成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉子開始逆時針轉動；中間圖是轉子轉了針轉動；中間圖是轉子轉了10度的圖，右面圖是度的圖，右面圖是轉到轉到20度的圖，磁力一直牽引轉子轉到度的圖，磁力一直牽引轉子轉到30度為止，度為止，到了到了30度轉子不再轉動，此時磁路最短。度轉子不再轉動，此時磁路最短。 為了使轉子繼續(xù)轉動，在轉子轉到為了使轉子繼續(xù)轉動，在轉子轉到30度前已切斷度前已切斷A相電源在相電源在30度接通度接通B相電相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，見下左圖，于是轉子繼續(xù)轉動。鐵芯，見下左圖，于是轉子繼續(xù)轉動。中間圖是轉子轉到

17、中間圖是轉子轉到40度的圖，右面圖度的圖，右面圖是轉到是轉到50度的圖，磁力一直牽引轉子度的圖，磁力一直牽引轉子轉到轉到60度為止。度為止。在轉子轉到在轉子轉到60度前切斷度前切斷B相電源在相電源在60度時接通度時接通C相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，見下左圖。轉子繼續(xù)轉動，中間圖是轉芯，見下左圖。轉子繼續(xù)轉動，中間圖是轉子轉到子轉到70度的圖，右面圖是轉到度的圖，右面圖是轉到80度的圖，磁度的圖，磁力一直牽引轉子轉到力一直牽引轉子轉到90度為止。度為止。當轉子轉到當轉子轉到90度前切斷度前切斷C相電源，轉子在相電源，轉子在90度的狀態(tài)與前面度的

18、狀態(tài)與前面0度開始時一樣，重復前面度開始時一樣，重復前面過程，接通過程，接通A相電源，轉子繼續(xù)轉動，這樣相電源，轉子繼續(xù)轉動，這樣不停的重復下去，轉子就會不停的旋轉。不停的重復下去，轉子就會不停的旋轉。這就是磁阻電動機的工作原理。這就是磁阻電動機的工作原理。由于是運用了利用磁阻最小原理，故稱為由于是運用了利用磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關控制，故稱為狀態(tài)直接受開關控制，故稱為開關磁阻電開關磁阻電動機動機。向線圈供電的開關是用開關晶體管進行的，下面就是三相線圈向線圈供電的開關是用開關晶體管進行的，下面就是三相線圈與開關晶

19、體管的連接示意圖，與開關晶體管的連接示意圖，BG1、BG2、BG3是三個開關晶是三個開關晶體管，分別控制三相線圈體管，分別控制三相線圈A、B、C的電流通斷，三極管旁邊并的電流通斷，三極管旁邊并聯(lián)的二極管是用來續(xù)流的。聯(lián)的二極管是用來續(xù)流的。由于電機靠磁阻工作，跟磁通方向無關，即跟電流方向無關，故在上面運行圖中沒由于電機靠磁阻工作，跟磁通方向無關，即跟電流方向無關，故在上面運行圖中沒有標明磁力線的方向。有標明磁力線的方向。A、B、C各相線圈輪流通電似乎簡單，實際情況要復雜些，線圈切斷電源后產(chǎn)生各相線圈輪流通電似乎簡單，實際情況要復雜些，線圈切斷電源后產(chǎn)生的自感電流不會立即消失，要提前關斷電源進行

20、續(xù)流；為加大力矩相鄰相線圈有電的自感電流不會立即消失，要提前關斷電源進行續(xù)流；為加大力矩相鄰相線圈有電流的時間會有部分重合；調(diào)節(jié)電動機的轉速、轉矩也要調(diào)整開關時間，各相線圈開流的時間會有部分重合；調(diào)節(jié)電動機的轉速、轉矩也要調(diào)整開關時間，各相線圈開通與關斷時間與轉子定子間的相對位置直接相關，故電機還裝有轉子位置檢測裝置通與關斷時間與轉子定子間的相對位置直接相關，故電機還裝有轉子位置檢測裝置為準時開關各相線圈電流提供依據(jù)，何相線圈何時通斷必須根據(jù)轉子轉到的位置與為準時開關各相線圈電流提供依據(jù)，何相線圈何時通斷必須根據(jù)轉子轉到的位置與控制參數(shù)決定?？刂茀?shù)決定。3.1.3開關磁阻電機的非線性特性 以

21、上分析都是在線性條件下進行的。實際電機磁路為非線性。磁場分布 位位 置置 檢檢 測測 功功 率率 變變 換換 器器 SR電電 動動 機機 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 負負 載載 功率變換器是直流電源和SRM的接口，起著將電能分配到SRM繞組中的作用，同時接受控制器的控制。 由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要單極性供電的功率變換器。功率變換器應能迅速從電源接受電能，又能迅速向電源回饋能量。（1）較少數(shù)量的主開關元件；）較少數(shù)量的主開關元件；（2）可將全部電源電壓加給電動機相繞組；）可將全部電源電壓加給電動機相繞組；（3）主開關器件的電

22、壓額定值與電動機接近；）主開關器件的電壓額定值與電動機接近；（4）具備迅速增加相繞組電流的能力；）具備迅速增加相繞組電流的能力；（5）可通過主開關器件調(diào)制，有效地控制相電流；）可通過主開關器件調(diào)制，有效地控制相電流；（6）能將能量回饋給電源。）能將能量回饋給電源。1、雙開關型、雙開關型每相有兩只主開關和兩只每相有兩只主開關和兩只續(xù)流二極管續(xù)流二極管。當兩只主開當兩只主開關關VTVT1 1和和VTVT2 2同時導通時，同時導通時，電源電源U US S 向向相繞組供相繞組供電電 ；當當VTVT1 1和和VTVT2 2同時關斷同時關斷時，將電機的磁場儲能以時，將電機的磁場儲能以電能形式迅速回饋電源，

23、電能形式迅速回饋電源，實現(xiàn)強迫換相。實現(xiàn)強迫換相。 + US - - VD1 VD2 VT1 VT2 雙開關型電路特點：雙開關型電路特點：1）適用于任意相數(shù)）適用于任意相數(shù)SR電機電機2 2）相控獨立性：獨立）相控獨立性：獨立3 3）相電壓）相電壓= =電源電壓電源電壓4 4）器件數(shù)量多）器件數(shù)量多 + US - - VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C 雙繞組型電路特點雙繞組型電路特點主開關主開關S1S1導通時，導通時，電源對主繞組電源對主繞組A A供供電；電；當其關斷時，當其關斷時，靠磁耦合將主繞靠磁耦合將主繞組組A A

24、的電流轉移到的電流轉移到副繞組，通過二副繞組，通過二極管極管D1D1續(xù)流，向續(xù)流，向電源回饋電能，電源回饋電能，實現(xiàn)強迫換相。實現(xiàn)強迫換相。早期使用的雙繞組結構，每相有主、副兩個繞組，主、副繞組雙線并繞，同名端反接，其匝數(shù)比為1：1。 雙繞組型缺點：雙繞組型缺點：1 1）由于主、副繞組之）由于主、副繞組之間不可能完全耦合，間不可能完全耦合，在在S1S1關斷的瞬間，因關斷的瞬間，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上會形成較高的尖峰上會形成較高的尖峰電壓，故電壓，故S1S1需要有良需要有良好的吸收回路。好的吸收回路。2 2）由于采用主、副兩）由于采用主、副兩個繞組，因而電機槽個繞組，因而電機槽

25、及銅線利用率低。銅及銅線利用率低。銅耗增加、體積增大。耗增加、體積增大。優(yōu)點：優(yōu)點：適用于任何相數(shù)的適用于任何相數(shù)的SRMSRM，尤其適宜于低壓直流電源供尤其適宜于低壓直流電源供電場合電場合兩個相串聯(lián)的電容兩個相串聯(lián)的電容C1和和C2將電源電壓一分為二將電源電壓一分為二, ,構成中構成中點電位。每相只有一個主開關點電位。每相只有一個主開關S和一只續(xù)流二極管和一只續(xù)流二極管D。 當當S1導通時，上導通時，上側電容側電容C1對對A相相繞組放電，電源繞組放電，電源對對A相供電，經(jīng)相供電，經(jīng)下側電容下側電容C2構成構成回路；當回路；當S1關斷關斷時，時，A相電流經(jīng)相電流經(jīng)D1續(xù)流，向下側續(xù)流，向下側電

26、容電容C2充電。充電。 1）只適用于偶數(shù)相）只適用于偶數(shù)相SR電機電機2）主開關數(shù)較少）主開關數(shù)較少3）相控獨立性：不獨）相控獨立性：不獨立立4）電源利用率低，每）電源利用率低，每相電壓為電源電壓的相電壓為電源電壓的1/2。5）需限制中點電位漂）需限制中點電位漂移移該變換器比四相電容分壓型功率變換器主電路少了兩個串聯(lián)的分壓電容，換相相的磁能以電能形式一部分回饋電源，另一部分注入導通相繞組，引起中點電位的較大浮動。它要求每一它要求每一瞬間必須上、下各瞬間必須上、下各有一相導通。有一相導通。1）只適用于）只適用于4的倍數(shù)相的倍數(shù)相SR電機電機2）主開關數(shù)較少）主開關數(shù)較少3）相控獨立性：不獨立）相

27、控獨立性：不獨立4）相繞組電壓浮動）相繞組電壓浮動可以實現(xiàn)零壓續(xù)流，提高可以實現(xiàn)零壓續(xù)流，提高系統(tǒng)的控制性能。系統(tǒng)的控制性能。H橋型電路為橋型電路為4相相SR電機最常電機最常用的主電路形式用的主電路形式)22kNNkmNsrs1 1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以雙凸極的稱，所以雙凸極的定子和轉子齒槽數(shù)定子和轉子齒槽數(shù)應為偶數(shù)。應為偶數(shù)。2 2、定子和轉子齒槽數(shù)不相等，但應盡、定子和轉子齒槽數(shù)不相等，但應盡量接近。量接近。因為當定子和轉子齒槽數(shù)相因為當定子和轉子齒槽數(shù)相近時，就可能加大定子相繞組電感隨近時，就可能加大定子相繞組電感隨轉角的平均變化率，這是

28、提高電機出轉角的平均變化率，這是提高電機出力的重要因素。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轉子極數(shù)轉子極數(shù) 4 6 8 10 12 14 16步進角步進角(度度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 相數(shù)越大，轉矩脈動越小，但成相數(shù)越大，轉矩脈動越小，但成本越高，故常用三相、四相，還本越高，故常用三相、四相，還有人在研究兩相、單相有人在研究兩相、單相SRM低于三相的低于三相的SRM 沒有自起動能力沒有自起動能力（4） 5-phase 10 stator pole/8 rotor pole PM PM 不計磁滯、

29、渦流及繞組間互感時，不計磁滯、渦流及繞組間互感時，m相相SR電機系統(tǒng)示意圖電機系統(tǒng)示意圖 J轉子與負載的轉動慣量轉子與負載的轉動慣量 TL負載轉矩負載轉矩 Te K J TL R1 d 1/dtt1 u1 + - . . . Rm d m/dt um + - 耦耦合合磁磁場場 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dtdLidtdiiLiLiRdtddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkkddidLuLidtdtdt22212222112211112222rdidLddLPuiiLiLiidtdtdtdtddL dddLLiiLii

30、dtddtdtdddLiTe221refTdtdW為電磁轉矩Wf為磁場儲能，r為轉子機械角速度如果忽略繞組電阻如果忽略繞組電阻R，則上面的方程可寫為：，則上面的方程可寫為：ddLiTe221轉矩轉矩 A. 低速時的電流斬波控制（Current chopping control- CCC)在電感很小時使繞組開通，電流快速上升。為防止電流過大而損壞電機，當電流達到最大值Imax時，使繞組關斷，電流開始衰減，當電流衰減咸至Imin時，繞組重新開通。在最大電感出現(xiàn)之前必須將繞組關斷，以免電流延續(xù)到負轉矩區(qū)。B. 高速時的角度位置控制（Angular position control-APC)高速時，由

31、于反電勢大，電流受到限制，上升較慢。當?shù)竭_最大值后，因電感的增加，電流返而下降。同樣，為避免電流延續(xù)到負轉矩區(qū)，繞組要在電感到達最大值之前關斷。速度越高，要關斷的越早。 C.電壓斬波控制(Voltage Control，簡稱VC) 在導通區(qū)間內(nèi)，使功率開關按PWM方式工作。其脈沖周期T固定，占空比T可凋。在Tt內(nèi)，繞組加正電壓，T內(nèi)加零電壓或反電壓。改變占空比，則繞組電壓的平均值U變化，繞組電流也相應變化，從而實現(xiàn)轉速和轉矩的調(diào)節(jié)，這就是電壓斬波控制 選擇和應用選擇和應用1、高速角度控制，低速電流斬波控制 低速電流斬波控制電流脈沖窄而尖，轉矩脈動和電流峰值大：若采用電流斬波控，則在aoff 后

32、，續(xù)流過程較長，影響出力和效率。解決方法是在低速電流斬波控制時結合角度控制。當轉速提高時，使 off適當提前。2、變角度電壓斬波控制 電壓斬波調(diào)節(jié)電動機的轉速和轉矩，并使on和off隨轉速改變。電動機電動工作，希望盡量將電流波形置于電感上升段。由于電流的建立過程和續(xù)流消失的過程需要一定的時間，因而電流波形總比通電區(qū)域onoff有所滯后。轉速越高，通電區(qū)間對應的時間越短，電流波形滯后越多，因此要求通電區(qū)間提前的角度就越多。 此控制方式轉速轉矩調(diào)節(jié)范圍大，高低速均有較好的電動機性能，亦不存在兩種控制方式的轉換問題。缺點是控制方式的實現(xiàn)較復雜，對功率開關的工作頻率要求較高，否則斬波噪聲較大。不計磁路

33、飽和，假定繞組電感與電流無關，不計磁路飽和，假定繞組電感與電流無關，此時電感只與轉子位置有關此時電感只與轉子位置有關 1 0 2 3 0 4 5 SR電機相電感隨轉子位置變化電機相電感隨轉子位置變化 = 1位置位置轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置statorrotor 1stator =0o位置位置rotor定子磁極軸線與轉子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉子凹槽中心重合 =0ostator = 2位置位置rotor轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 2stator = 3位置位置轉子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉子磁極前沿與

34、定子磁極前沿重合位置rotor 3stator = 4位置位置rotor轉子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 4stator = 5位置位置rotor轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉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 定子磁極軸線與轉子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉子凹槽中心重合 1( 5) 轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 2 轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 3 轉子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 4 轉子凹槽前沿與

35、定子磁極后沿重合位置轉子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置544max43max32min221min)()()(KLLLKLLK=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/sLmin為定子磁極軸線對轉子凹槽中心時的電感為定子磁極軸線對轉子凹槽中心時的電感, Lmax定子磁極軸線對轉子磁極軸線的電感定子磁極軸線對轉子磁極軸線的電感 。zonzoffsoffonsUU,0uk12min2min23min234max45max4()()(2)()()(2)(2)()sonsonoffsoffonoffsoffonsoffonULULKUiLKULULK on 2 :電感上升，使繞組

36、電感上升，使繞組電流下降電流下降 off 3 : 在電感達最大之前，繞組在電感達最大之前，繞組關斷，繞組續(xù)流。關斷，繞組續(xù)流。 3 z 4 (zz=2=2offoff- -onon) ) 在電感下降之前，續(xù)流結在電感下降之前，續(xù)流結束。否則會產(chǎn)生反向轉矩束。否則會產(chǎn)生反向轉矩結構一定，在結構一定，在onon和和offoff不變時，不變時，繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉速繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉速的升高而減?。煌ㄟ^調(diào)整開關角和關斷角也的升高而減?。煌ㄟ^調(diào)整開關角和關斷角也可以影響繞組電流，從而就間接地使電動機可以影響繞組電流，從而就間接地使電動機的電磁轉矩增大。的電磁轉矩增大。

37、 ：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、關斷角、關斷角offoff、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，計算結果誤差很大，只線性模型忽略了許多因素，計算結果誤差很大，只能定性地說明影響電流、轉矩的因素。能定性地說明影響電流、轉矩的因素。 恒恒 轉轉 矩矩 區(qū)區(qū) 恒恒 功功 率率 區(qū)區(qū) 串串 勵勵 特特 性性 區(qū)區(qū) C C C 方方 式式 A P C 方方 式式 1 2 c固固 定定 o T SR電機的基速電機的基速 SR電機的固有機械特性類似與直流電機的串勵特性

38、。 對給定SR電機，在最高電壓Us和最大允許電流條件下，存在一個臨界角速度。即SR電機得到最大轉矩的最高角速度，稱為。22eLddTJKTd td t4SR電機控制策略：電機控制策略：可控量為：可控量為：Us、 on 、 off控制法控制法1：固定：固定 on , off，通過電流斬波限，通過電流斬波限制電流，得到恒轉矩制電流，得到恒轉矩控制法控制法2：固定：固定 on , off，由速度設定值和，由速度設定值和實際值之差調(diào)制實際值之差調(diào)制Us，進而改變轉矩，進而改變轉矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，輸出恒功率，輸出恒功率 O i Im in Im a x O i Im a x 4SR電機控制策略：電機控制策略：0 0 Amin Cmaxn 2 1 電電流流斬斬波波可可控控區(qū)區(qū) 起起動動斬斬波波 定定角角度度斬斬波波 變變角角度度斬斬波波 APC控控制制 可可變變角角度度運運行行區(qū)區(qū) 4SR電機控制策略：電機控制策略： A B C D D A B C D D Te 3 0 O 導導通通相相控控制制 6 0 Ts t m i n D A C A B B C