開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)講義20110416整理

1、 電機(jī)可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)理粗略的分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是由電磁作用電機(jī)可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)理粗略的分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是由電磁作用原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；另一類(lèi)是由磁阻變化原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；另一類(lèi)是由磁阻變化原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 在第一類(lèi)電機(jī)中，在第一類(lèi)電機(jī)中，運(yùn)動(dòng)是定、轉(zhuǎn)子兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。運(yùn)動(dòng)是定、轉(zhuǎn)子兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。這種相這種相互作用產(chǎn)生互作用產(chǎn)生使兩個(gè)磁場(chǎng)趨于同向使兩個(gè)磁場(chǎng)趨于同向的電磁轉(zhuǎn)矩，這的電磁轉(zhuǎn)矩，這類(lèi)似于兩個(gè)磁鐵的同極性類(lèi)似于兩個(gè)磁鐵的同極性相排斥、異極性相吸引的現(xiàn)象相排斥、異極性相吸引的現(xiàn)象。目前大部分電機(jī)都是遵循這一原理，例如。目前大部分電機(jī)都是遵循這一原理，例如一般的直

2、流電機(jī)和交流電機(jī)。一般的直流電機(jī)和交流電機(jī)。 第二類(lèi)的電機(jī)，第二類(lèi)的電機(jī)，運(yùn)動(dòng)是由定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的。運(yùn)動(dòng)是由定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的。當(dāng)定子當(dāng)定子繞組通電時(shí)，產(chǎn)坐一個(gè)單相磁場(chǎng)，其分鈾要遵循繞組通電時(shí)，產(chǎn)坐一個(gè)單相磁場(chǎng)，其分鈾要遵循“磁阻最小原則磁阻最小原則”，即磁，即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不通總要沿著磁阻最小的路徑閉合。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不重合時(shí)，便公有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使其趨向于磁阻最小的位重合時(shí)，便公有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使其趨向于磁阻最小的位置。即兩軸線重合位置，這置。即兩軸線重合位置，這類(lèi)似于

3、磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象類(lèi)似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象。開(kāi)關(guān)磁阻電。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)就是屬于這一類(lèi)型的電機(jī)。機(jī)就是屬于這一類(lèi)型的電機(jī)。兩類(lèi)不同機(jī)理的電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)不同機(jī)理的電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的最早文獻(xiàn)卻可追溯到開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的最早文獻(xiàn)卻可追溯到1838年，英格蘭學(xué)者年，英格蘭學(xué)者Davidson制造了一臺(tái)用以推動(dòng)蓄電池機(jī)車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。制造了一臺(tái)用以推動(dòng)蓄電池機(jī)車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。70年代左右，英國(guó)年代左右，英國(guó)Leeds大學(xué)步進(jìn)電機(jī)和磁阻電機(jī)研究小組首創(chuàng)了大學(xué)步進(jìn)電機(jī)和磁阻電機(jī)研究小組首創(chuàng)了一臺(tái)現(xiàn)代開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的雛形。一臺(tái)現(xiàn)代開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的雛形。1980年，年，Lawrenson及其同事在及其同事在ICEM會(huì)議上

4、，發(fā)表著名論文會(huì)議上，發(fā)表著名論文“開(kāi)開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)”，系統(tǒng)地介紹了他們的工作成果，闡述了，系統(tǒng)地介紹了他們的工作成果，闡述了SR電機(jī)的原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在國(guó)際上奠定了現(xiàn)代電機(jī)的原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在國(guó)際上奠定了現(xiàn)代SR電機(jī)的地位，這電機(jī)的地位，這也標(biāo)志著也標(biāo)志著SRD正式得到國(guó)際認(rèn)證。正式得到國(guó)際認(rèn)證。從此，世界上大批學(xué)者投入到從此，世界上大批學(xué)者投入到SR電機(jī)的研究領(lǐng)域。電機(jī)的研究領(lǐng)域。到日前為止，在到日前為止，在SRD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制方面，英國(guó)一直處于國(guó)際領(lǐng)先系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制方面，英國(guó)一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位。除英國(guó)外，美國(guó)、中國(guó)、加拿大、印度、韓國(guó)等國(guó)家也都開(kāi)地位。除英國(guó)外，美國(guó)

5、、中國(guó)、加拿大、印度、韓國(guó)等國(guó)家也都開(kāi)展了展了SRD系統(tǒng)的研究工作。系統(tǒng)的研究工作。通過(guò)通過(guò)20多年的研究和改進(jìn)，多年的研究和改進(jìn)，SRD的性能不斷提高，目前已能的性能不斷提高，目前已能在數(shù)百在數(shù)百瓦到數(shù)百千瓦的功率范圍瓦到數(shù)百千瓦的功率范圍內(nèi)使其性能不低于其他形式的電機(jī)。內(nèi)使其性能不低于其他形式的電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展歷史開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展歷史 位位置置檢檢測(cè)測(cè) 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(cè)測(cè) 控控制制信信號(hào)號(hào) 控控制制器器 電電 源源 負(fù)負(fù) 載載 工作機(jī)理v開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作機(jī)理基于磁通總是沿磁導(dǎo)最大的路開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作機(jī)理基于磁通總是沿磁導(dǎo)最大的路徑閉合的原理。

6、徑閉合的原理。v當(dāng)定、轉(zhuǎn)子齒中心線不重合、磁導(dǎo)不為最大時(shí)，磁場(chǎng)就當(dāng)定、轉(zhuǎn)子齒中心線不重合、磁導(dǎo)不為最大時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生磁拉力，形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁導(dǎo)最大的會(huì)產(chǎn)生磁拉力，形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁導(dǎo)最大的位置。位置。v當(dāng)向定子各相繞組中依次通入電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子將一步當(dāng)向定子各相繞組中依次通入電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子將一步一步地沿著通電相序相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。一步地沿著通電相序相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。v如果改變定子各相的通電次序，電機(jī)將改變轉(zhuǎn)向。但相如果改變定子各相的通電次序，電機(jī)將改變轉(zhuǎn)向。但相電流通流方向的改變是不會(huì)影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向的。電流通流方向的改變是不會(huì)影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向的。一、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（Switche

7、d Reluctance Motor) 1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AABCDBCDEsS1S2VD1VD21231231 定子和轉(zhuǎn)子均為凸極定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；2 定子上空間相對(duì)的兩定子上空間相對(duì)的兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)或個(gè)極上的線圈串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一相繞組并聯(lián)構(gòu)成一相繞組3 定子集中繞阻、繞組定子集中繞阻、繞組為單方向通電為單方向通電 4 轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組5 最常見(jiàn)的組合為最常見(jiàn)的組合為6/4極，極，8/6極或極或12/8極。極。電機(jī)原理演示電機(jī)原理演示電機(jī)原理演示電機(jī)原理演示電機(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

8、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(chǎng)的軸線重合磁場(chǎng)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重合重合下面通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)原理模型來(lái)介紹工作原理。下面通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)原理模型來(lái)介紹工作原理。電機(jī)的定子鐵芯有六個(gè)齒極，電機(jī)的定子鐵芯有六個(gè)齒極，由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制。由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制。電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有四個(gè)齒極，電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有四個(gè)齒極，由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制。由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制。 由

9、于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱(chēng)為雙凸極由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱(chēng)為雙凸極結(jié)構(gòu)。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），用來(lái)向電機(jī)提結(jié)構(gòu)。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），用來(lái)向電機(jī)提供工作磁場(chǎng)。在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有線圈，這是磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)。供工作磁場(chǎng)。在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有線圈，這是磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)。 在講電動(dòng)機(jī)工作原理時(shí)常用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中在講電動(dòng)機(jī)工作原理時(shí)常用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力來(lái)解釋電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的道理，磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)受力來(lái)解釋電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的道理，磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，那是靠什么力推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)呢？有繞組，那是靠什么力推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)呢？ 磁阻電動(dòng)機(jī)是利用磁阻最小原理，也就是磁通磁阻電

10、動(dòng)機(jī)是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。下面通過(guò)圖示來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)子的工作原理，下面是磁阻電動(dòng)機(jī)的正視圖，定子六下面通過(guò)圖示來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)子的工作原理，下面是磁阻電動(dòng)機(jī)的正視圖，定子六個(gè)齒極上繞有線圈，徑向相對(duì)的兩個(gè)線圈是連接在一起的，組成一個(gè)齒極上繞有線圈，徑向相對(duì)的兩個(gè)線圈是連接在一起的，組成一“相相”，該電機(jī)有該電機(jī)有3相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱(chēng)該電機(jī)為三相相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱(chēng)該電機(jī)為三相6 / 4結(jié)構(gòu)。在下圖標(biāo)結(jié)構(gòu)。在下圖標(biāo)注的注的A、B、C相線圈僅為后面分析磁路帶來(lái)方便，并不是連接三相交流電。

11、相線圈僅為后面分析磁路帶來(lái)方便，并不是連接三相交流電。 在下面有一組磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理動(dòng)畫(huà)的截圖，從中我們將看到磁阻電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)在下面有一組磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理動(dòng)畫(huà)的截圖，從中我們將看到磁阻電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的，圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒(méi)有電流通過(guò)；通過(guò)定子與轉(zhuǎn)子動(dòng)起來(lái)的，圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒(méi)有電流通過(guò)；通過(guò)定子與轉(zhuǎn)子的深藍(lán)色線是磁力線；把轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)角定為的深藍(lán)色線是磁力線；把轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)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，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可

12、看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了了10度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到20度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度為止，到了度為止，到了30度轉(zhuǎn)度轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)磁路最短。子不再轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)磁路最短。 為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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相電源，相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，見(jiàn)下左圖，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。中間磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，見(jiàn)下左圖，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)

13、轉(zhuǎn)動(dòng)。中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到40度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到50度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度為止。度為止。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度前切斷度前切斷B相電源在相電源在60度時(shí)接通度時(shí)接通C相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，見(jiàn)下左圖。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，見(jiàn)下左圖。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到70度的度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到圖，右面圖是轉(zhuǎn)到80度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度為止。度為止。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度前切斷度前切斷C相電源，轉(zhuǎn)子在相電源，轉(zhuǎn)子在90

14、度的狀態(tài)與前面度的狀態(tài)與前面0度開(kāi)始時(shí)一樣，重度開(kāi)始時(shí)一樣，重復(fù)前面過(guò)程，接通復(fù)前面過(guò)程，接通A相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會(huì)相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會(huì)不停的旋轉(zhuǎn)。這就是磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理。不停的旋轉(zhuǎn)。這就是磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理。由于是運(yùn)用了利用磁阻最小原理，故稱(chēng)為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、由于是運(yùn)用了利用磁阻最小原理，故稱(chēng)為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱(chēng)為磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱(chēng)為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。向線圈供電的開(kāi)關(guān)是用開(kāi)關(guān)晶體管進(jìn)行的，下面就是三相線圈與開(kāi)關(guān)晶體管向線圈供電的開(kāi)關(guān)是用開(kāi)關(guān)晶體管進(jìn)

15、行的，下面就是三相線圈與開(kāi)關(guān)晶體管的連接示意圖，的連接示意圖，BG1、BG2、BG3是三個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，分別控制三相線圈是三個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，分別控制三相線圈A、B、C的電流通斷，三極管旁邊并聯(lián)的二極管是用來(lái)續(xù)流的。的電流通斷，三極管旁邊并聯(lián)的二極管是用來(lái)續(xù)流的。由于電機(jī)靠磁阻工作，跟磁通方向無(wú)關(guān)，即跟電流方向無(wú)關(guān)，故在上面運(yùn)行圖中沒(méi)有由于電機(jī)靠磁阻工作，跟磁通方向無(wú)關(guān)，即跟電流方向無(wú)關(guān)，故在上面運(yùn)行圖中沒(méi)有標(biāo)明磁力線的方向。標(biāo)明磁力線的方向。A、B、C各相線圈輪流通電視乎簡(jiǎn)單，實(shí)際情況要復(fù)雜些，線圈切斷電源后產(chǎn)生的自各相線圈輪流通電視乎簡(jiǎn)單，實(shí)際情況要復(fù)雜些，線圈切斷電源后產(chǎn)生的自感電流不會(huì)立即消

16、失，要提前關(guān)斷電源進(jìn)行續(xù)流；為加大力矩相鄰相線圈有電流的時(shí)感電流不會(huì)立即消失，要提前關(guān)斷電源進(jìn)行續(xù)流；為加大力矩相鄰相線圈有電流的時(shí)間會(huì)有部分重合；調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩也要調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間，各相線圈開(kāi)通與關(guān)斷間會(huì)有部分重合；調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩也要調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間，各相線圈開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間與轉(zhuǎn)子定子間的相對(duì)位置直接相關(guān)，故電機(jī)還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置為準(zhǔn)時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)間與轉(zhuǎn)子定子間的相對(duì)位置直接相關(guān)，故電機(jī)還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置為準(zhǔn)時(shí)開(kāi)關(guān)各相線圈電流提供依據(jù)，何相線圈何時(shí)通斷必須根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到的位置與控制參數(shù)決定。各相線圈電流提供依據(jù)，何相線圈何時(shí)通斷必須根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到的位置與控制參數(shù)決定。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理

17、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示例：例：12/8 極三相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)極三相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)v以不同的顏色表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱，藍(lán)色磁場(chǎng)最弱，綠色強(qiáng)v當(dāng)某一相通電時(shí)，磁極極尖處磁場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)速的計(jì)算設(shè)：設(shè)：定子繞組為定子繞組為m相，定子齒數(shù)相，定子齒數(shù) Ns=2m，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Nr。 當(dāng)定子繞組輪流通電一次時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距。這當(dāng)定子繞組輪流通電一次時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距。這樣定子需輪流通電樣定子需輪流通電 Nr次轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過(guò)一周，故電機(jī)轉(zhuǎn)速次轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過(guò)一周，故電機(jī)轉(zhuǎn)速 n(r/min)與相繞組電壓的開(kāi)關(guān)頻率與相繞組電壓的開(kāi)關(guān)頻率 fph之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 給定子相繞組供電的功率變換器

18、輸出電流脈動(dòng)頻率給定子相繞組供電的功率變換器輸出電流脈動(dòng)頻率 則為則為 60phrfnN60rphN nf60nmNfrD)22kNNkmNsrs1 1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對(duì)稱(chēng)，所以、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對(duì)稱(chēng)，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。)22kN

19、NkmNsrs 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 10 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?jī)上唷蜗嘤萌唷⑺南啵€有人在研究?jī)上?、單相SRM低于三相的低于三相的SRM 沒(méi)有自起動(dòng)能力沒(méi)有自起動(dòng)能力（1） 2-phase 4 stator pole/2 rotor pole（2） 4-phase 8 stator pole/6

20、 rotor pole（3） 3-phase 6 stator pole/4 rotor pole（4） 5-phase 10 stator pole/8 rotor pole PM PM 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)vSR電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組、永磁體、滑環(huán)等，定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組、永磁體、滑環(huán)等，定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組端部較短，沒(méi)有相間跨接線，因此組端部較短，沒(méi)有相間跨接線，因此SR電機(jī)的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。電機(jī)的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。vSR電機(jī)的材料利用系數(shù)高，與直流電機(jī)甚至感應(yīng)電機(jī)相比，體積小、堅(jiān)固、維

21、護(hù)量小。電機(jī)的材料利用系數(shù)高，與直流電機(jī)甚至感應(yīng)電機(jī)相比，體積小、堅(jiān)固、維護(hù)量小。v由于由于SR電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān)，只需要單方向的電流激勵(lì)，因此在理論上功率變換電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān)，只需要單方向的電流激勵(lì)，因此在理論上功率變換器電路中每相可以只用一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件，而且每個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件都與電機(jī)繞組串聯(lián)，不器電路中每相可以只用一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件，而且每個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件都與電機(jī)繞組串聯(lián)，不會(huì)出現(xiàn)像交流電機(jī)會(huì)出現(xiàn)像交流電機(jī)PWM逆變器那樣有電源直通短路的危險(xiǎn)，所以功率變換器電路簡(jiǎn)單，逆變器那樣有電源直通短路的危險(xiǎn)，所以功率變換器電路簡(jiǎn)單，可靠性高?？煽啃愿?。vSR電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，系統(tǒng)在低速運(yùn)行

22、時(shí)，不僅轉(zhuǎn)矩大，而且轉(zhuǎn)子發(fā)熱不嚴(yán)重。電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，系統(tǒng)在低速運(yùn)行時(shí)，不僅轉(zhuǎn)矩大，而且轉(zhuǎn)子發(fā)熱不嚴(yán)重。vSRD系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電流的導(dǎo)通、斷開(kāi)以及電流幅值等的控制，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電流的導(dǎo)通、斷開(kāi)以及電流幅值等的控制，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，四象限運(yùn)行和寬廣的恒功率范圍。四象限運(yùn)行和寬廣的恒功率范圍。vSRD系統(tǒng)的容錯(cuò)能力強(qiáng)，在缺相的情況下仍然能可靠運(yùn)行。系統(tǒng)的容錯(cuò)能力強(qiáng)，在缺相的情況下仍然能可靠運(yùn)行。vSR電機(jī)原有的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步也已經(jīng)可以解決。電機(jī)原有的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步也已經(jīng)可以解決。1)1)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速

23、電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速 SRSR電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組、永電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組、永磁體、滑環(huán)等，定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組，磁體、滑環(huán)等，定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組端部較短，沒(méi)有相間跨接線，因此繞組端部較短，沒(méi)有相間跨接線，因此SRSR電機(jī)電機(jī)的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。2)2)功率電路簡(jiǎn)單可靠功率電路簡(jiǎn)單可靠 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無(wú)關(guān)，即只需單方向繞組電流，故組電流方向無(wú)關(guān)，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)。功率電路可以做到每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)。3)3)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)

24、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) 從電動(dòng)機(jī)從電動(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)矩。而不像在一般電在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動(dòng)機(jī)中必須在各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)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(chǎng)，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，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)吸收較控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)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)。的一大

25、特點(diǎn)。 （SR:0.4IN,1.4TN IM:6-7IN,2-3TN）5)5)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)系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流的特點(diǎn)，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(guò)程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和使之在起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還小?？刂破靼l(fā)熱較連續(xù)額定運(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(kāi)關(guān)磁阻電控制開(kāi)關(guān)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動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種種: :相開(kāi)通角相開(kāi)通角, ,相關(guān)斷角相關(guān)斷角, , 相電流幅值相電流幅值, ,

26、相繞相繞組電壓。組電壓。7)7)效率高，損耗小效率高，損耗小 SRDSRD系統(tǒng)是一種非常系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。高效的調(diào)速系統(tǒng)。8)8)可通過(guò)機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿足各可通過(guò)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 但可通但可通過(guò)特殊設(shè)計(jì)克服過(guò)特殊設(shè)計(jì)克服54SRD的特點(diǎn)vSR電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、維護(hù)量小v功率變換器電路簡(jiǎn)單、可靠性高v可以在寬廣的速度和負(fù)載范圍內(nèi)高效率運(yùn)行v控制方便、靈活，易于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行v起動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大v容錯(cuò)能力強(qiáng)，在缺相情況下仍能可靠運(yùn)行v轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大v振動(dòng)與噪聲大 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)

27、（開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（Switched Reluctance Drive ：SRD）是）是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的最最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類(lèi)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類(lèi)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻

28、電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)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(jí)從數(shù)究起步較早，并已取得顯著效果，產(chǎn)品功率等級(jí)從數(shù)w直到數(shù)直到數(shù)百百kw，廣泛應(yīng)用于，廣泛應(yīng)用于家用電器、航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)家用電器、航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)車(chē)輛車(chē)輛等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。 71電動(dòng)汽車(chē)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)72開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車(chē) 五相SRM三相SRM73于于2004年年6月投入了武漢市的月投入了武漢市的510公汽線路上運(yùn)行至今。公汽線路上運(yùn)行至今。 課題成果目前的應(yīng)用情況 742002年年12月月50/100kW開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在東風(fēng)技術(shù)中心的裝車(chē)照片開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)

29、在東風(fēng)技術(shù)中心的裝車(chē)照片 vSR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vSR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)、降低噪聲具有較高動(dòng)態(tài)性能、算法簡(jiǎn)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(jiǎn)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vSR電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制vSR電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究v無(wú)軸承無(wú)軸承SR電機(jī)研究（磁懸?。╇姍C(jī)研究（磁懸浮）vSR電

30、機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車(chē)、發(fā)電機(jī)、一體化電機(jī)等電機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車(chē)、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 TL負(fù)載轉(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(chǎng)耦合磁場(chǎng) 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dtdLidtdiiLiLiRdtddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkkddidLuLidtdtdt2221222211221

31、1112222rdidLddLPuiiLiLiidtdtdtdtddL dddLLiiLiidtddtdtdddLiTe221refTdtdW為電磁轉(zhuǎn)矩Wf為磁場(chǎng)儲(chǔ)能，r為轉(zhuǎn)子機(jī)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(xiě)為：，則上面的方程可寫(xiě)為：由轉(zhuǎn)矩公式可知：由轉(zhuǎn)矩公式可知：1.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小與電流平方成正比，因此開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小與電流平方成正比，因此轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān)，故可以采用單極性電流供電方向與電流方向無(wú)關(guān)，故可以采用單極性電流供電。2.轉(zhuǎn)矩與繞組電感對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的變化率成正比，因此，轉(zhuǎn)矩與繞組電感對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的變化率成正比，因此，只有當(dāng)繞組電感

32、隨轉(zhuǎn)子位置角而增大時(shí)，給繞組通電才只有當(dāng)繞組電感隨轉(zhuǎn)子位置角而增大時(shí)，給繞組通電才能產(chǎn)生正向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩。能產(chǎn)生正向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電感隨轉(zhuǎn)子位置角而下降時(shí)，當(dāng)電感隨轉(zhuǎn)子位置角而下降時(shí)，如繞組中仍有電流，則將產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如繞組中仍有電流，則將產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3.相繞組關(guān)斷后繞組電流不能突變?yōu)榱悖幸粋€(gè)延續(xù)過(guò)程。相繞組關(guān)斷后繞組電流不能突變?yōu)榱?，有一個(gè)延續(xù)過(guò)程。為防止繞組電流延續(xù)到負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)，必須在繞組電感開(kāi)始為防止繞組電流延續(xù)到負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)，必須在繞組電感開(kāi)始下降之前提前關(guān)斷繞組。下降之前提前關(guān)斷繞組。ddLiTe221線性模型有利于對(duì)線性模型有利于對(duì)SR電機(jī)的定性分析，了解電機(jī)的定性分析，了解其運(yùn)動(dòng)的物理

33、狀況、內(nèi)部各物理量的基本特點(diǎn)和相其運(yùn)動(dòng)的物理狀況、內(nèi)部各物理量的基本特點(diǎn)和相互關(guān)系；互關(guān)系；準(zhǔn)線性模型具有一定的計(jì)算精度，多用于分析準(zhǔn)線性模型具有一定的計(jì)算精度，多用于分析和設(shè)計(jì)功率變換器和制定控制策略；和設(shè)計(jì)功率變換器和制定控制策略；非線性模型則用于電機(jī)性能計(jì)算、仿真，是電非線性模型則用于電機(jī)性能計(jì)算、仿真，是電機(jī)設(shè)計(jì)的必需手段。機(jī)設(shè)計(jì)的必需手段。 基本控制策略A. 低速時(shí)的電流斬波控制（Current chopping control- CCC)在電感很小時(shí)使繞組開(kāi)通，電流快速上升。為防止電流過(guò)大而損壞電機(jī)，當(dāng)電流達(dá)到最大值Imax時(shí)，使繞組關(guān)斷，電流開(kāi)始衰減，當(dāng)電流衰減咸至Imin時(shí)，繞

34、組重新開(kāi)通。在最大電感出現(xiàn)之前必須將繞組關(guān)斷，以免電流延續(xù)到負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)。B. 高速時(shí)的角度位置控制（Angular position control-APC)高速時(shí)，由于反電勢(shì)大，電流受到限制，上升較慢。當(dāng)?shù)竭_(dá)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(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)，繞組要在電感到達(dá)最大值之前關(guān)斷。速度越高，要關(guān)斷的越早。典型機(jī)械特性0bscconst.Tconst.T.const2TTorqueSpeedSeries dcAPCCCC22eLddTJKTdtdt開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性 以上分析都是在線性條件下進(jìn)行的。實(shí)際電機(jī)磁路為非線性。磁場(chǎng)分布diiWci0),(-i),(iW

35、TcediTmNTrNerav/20),(2 不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感與電流無(wú)關(guān)，不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感與電流無(wú)關(guān)，此時(shí)電感只與轉(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 = 1位置位置轉(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statorrotor 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

36、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)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

37、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)繞組電感的分段線性解析式：電機(jī)繞組電感的分段線性解析式：-544max43max32min221min)()()(KLLLKLLK=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/sLmin為定子磁極軸線對(duì)轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感為定子磁極軸線對(duì)轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感, Lmax定子磁極軸線對(duì)轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感定子磁極軸線對(duì)轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感 。相電流解析分析相電流解析分析-zonzoffsoffonsUU,0uk忽略電阻，相繞組電壓方程：忽略電阻，相繞組電壓方程：而：而

38、： =L idtdUSdidLdidLUsLiLidtdtdtd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：-54243322200000iKiKTTTKT為常數(shù)為常數(shù)sdidLULidtdsUdidLLiddminsUdiLdmin( )sonUiL -min2()sUCLKi-min2min2min2()()()()sUdidLdiLiLKiKddddidiLKKiKdddid K iLKdd-min2()( )()sonUiLK-min2(2)( )()soffonUiLK-max(2)( )soffonUiL-max4(2)( )()soffonUiLK-12min2min

39、23min234max45max4()()(2)()()(2)(2)()sonsonoffsoffonoffsoffonsoffonULULKUiLKULULK- 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 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

40、流隨外加電壓的增大而增大，隨轉(zhuǎn)速的升高而減??；通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)角和關(guān)斷角也的升高而減??；通過(guò)調(diào)整開(kāi)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(kāi)通角、開(kāi)通角onon、關(guān)斷角、關(guān)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(jì)算結(jié)果誤差很大，只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(shuō)明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。能定性地說(shuō)明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。為避免繁瑣計(jì)算

41、，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L(zhǎng)min；一段為非飽和段，為；一段為非飽和段，為L(zhǎng)( ,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

42、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)矩的分段解析式：)21)(2minmax2min2222LLLUNmToffonoffSrav-1) on 是控制轉(zhuǎn)矩的重要參數(shù)：是控制轉(zhuǎn)矩的重要參數(shù)： 一定時(shí)，若一定時(shí)，若開(kāi)通角開(kāi)通角 on較小，相電流直線上升時(shí)間較長(zhǎng)，較小，相電流直線上升時(shí)間較長(zhǎng)，從而增大電流，提高轉(zhuǎn)矩從而增大電流，提高轉(zhuǎn)矩。2) 在在 on一定時(shí)，增大一定時(shí)，增大 off,平均轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。平均轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。但導(dǎo)通角但導(dǎo)通角 c= off- on有一個(gè)最佳值，超過(guò)此值，有一個(gè)最佳值，超過(guò)

43、此值， c 增大，平均轉(zhuǎn)矩反而減小。增大，平均轉(zhuǎn)矩反而減小。討論：討論：2.3 SR電機(jī)的控制原理電機(jī)的控制原理F為以電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)為以電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)(m，Nr， 2，Lmax，Lmin)和和控制參數(shù)控制參數(shù)( on , off)為變量的函數(shù)為變量的函數(shù)/sa vUFT 整理得：整理得：對(duì)一定電機(jī)，結(jié)構(gòu)參數(shù)一定。如對(duì)一定電機(jī)，結(jié)構(gòu)參數(shù)一定。如Us、 on 、 off一定，則一定，則電機(jī)的固有機(jī)械特性電機(jī)的固有機(jī)械特性為：為： Tav=k/ 2 P=k/ 恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒轉(zhuǎn)矩區(qū) 恒功率區(qū)恒功率區(qū) 串勵(lì)特性區(qū)串勵(lì)特性區(qū) CCC 方式方式 APC 方式方式 1 2 c固定固定 o T SR電機(jī)的基速電機(jī)的基速

44、vSR電機(jī)的固有機(jī)械特性類(lèi)似與直流電機(jī)電機(jī)的固有機(jī)械特性類(lèi)似與直流電機(jī)的串勵(lì)特性。的串勵(lì)特性。v對(duì)給定對(duì)給定SR電機(jī)，在最高電壓電機(jī)，在最高電壓Us和最大允和最大允許電流條件下，存在一個(gè)臨界角速度。即許電流條件下，存在一個(gè)臨界角速度。即SR電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度，稱(chēng)電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度，稱(chēng)為為。SR電機(jī)控制策略：電機(jī)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(guò)電流斬波限，通過(guò)電流斬波限制電流，得到恒轉(zhuǎn)矩制電流，得到恒轉(zhuǎn)矩控制法控制法2：固定：固定 on , off，由速度設(shè)定值和，由速度設(shè)定值和實(shí)際值之差調(diào)制實(shí)際值之差調(diào)

45、制Us，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)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 Imin Imax O i Imax O i O T off on增大增大 0 0 Amin Cmaxn 2 1 電電流流斬?cái)夭ú煽煽乜貐^(qū)區(qū) 起起動(dòng)動(dòng)斬?cái)夭ú?定定角角度度斬?cái)夭ú?變變角角度度斬?cái)夭ú?APC控控制制 可可變變角角度度運(yùn)運(yùn)行行區(qū)區(qū) -onSLUimin)(HonSCILU-2minmax A B C D D A B C D D Te 30 O 導(dǎo)通相控制導(dǎo)通相控制 60 Tstmin D A C AB BC CD DA Te 30 O 導(dǎo)通相控制導(dǎo)通相

46、控制 60 B D on off 導(dǎo)導(dǎo) 通通 區(qū)區(qū) 正正 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) on off 導(dǎo)導(dǎo) 通通 區(qū)區(qū) 反反 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) O L O Te Te L,Te轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) L,Te轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) L L i L, , i O Te - -Te r/2 on r off v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(shí)接受控制器的控制。 v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(yīng)能迅速?gòu)碾娫唇邮茈娔埽帜苎杆傧螂娫椿仞伳芰?。?）較少數(shù)量的主開(kāi)關(guān)元件；）較少數(shù)量的主開(kāi)關(guān)元件；（2）可將全部電源電壓加給電動(dòng)機(jī)相繞）可將全部電源電壓加給電動(dòng)機(jī)相繞組；組；（3）主開(kāi)

47、關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)）主開(kāi)關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)接近；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(guò)主開(kāi)關(guān)器件調(diào)制，有效地控）可通過(guò)主開(kāi)關(guān)器件調(diào)制，有效地控制相電流；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(kāi)關(guān)型、雙開(kāi)關(guān)型每相有兩只主開(kāi)關(guān)每相有兩只主開(kāi)關(guān)和兩只續(xù)流二極管和兩只續(xù)流二極管。當(dāng)兩只主開(kāi)關(guān)當(dāng)兩只主開(kāi)關(guān)VTVT1 1和和VTVT2 2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電源電源U US S 向電機(jī)相向電機(jī)相繞組供電繞組供電 ；當(dāng)當(dāng)VTVT1 1和和VTVT2 2同時(shí)關(guān)斷時(shí)，同時(shí)關(guān)斷時(shí)，將電機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能將電機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能以電能形

48、式迅速回以電能形式迅速回饋電源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫饋電源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。換相。 。 + US - - VD1 VD2 VT1 VT2 雙開(kāi)關(guān)型電路特點(diǎn)：雙開(kāi)關(guān)型電路特點(diǎn)：1）適用于任意相數(shù)）適用于任意相數(shù)SR電機(jī)電機(jī)2 2）相控獨(dú)立性：獨(dú)立）相控獨(dú)立性：獨(dú)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(diǎn)雙繞組型電路特點(diǎn)主開(kāi)關(guān)主開(kāi)關(guān)S1S1導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)主繞組電源對(duì)主繞組A A供供電；電；當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，靠磁耦合將主繞靠

49、磁耦合將主繞組組A A的電流轉(zhuǎn)移到的電流轉(zhuǎn)移到副繞組，通過(guò)二副繞組，通過(guò)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。早期使用的雙繞組結(jié)構(gòu)，每相有主、副兩個(gè)繞組，主、副繞組雙線并繞，同名端反接，其匝數(shù)比為1：1。 2 2、雙繞組型、雙繞組型 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：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(guān)斷的瞬間，因關(guān)斷的瞬間，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上會(huì)形成較高的尖峰上會(huì)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(gè)

50、繞組，因而電機(jī)槽個(gè)繞組，因而電機(jī)槽及銅線利用率低。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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：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(chǎng)合電場(chǎng)合兩個(gè)相串聯(lián)的電容兩個(gè)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(gòu)成中構(gòu)成中點(diǎn)電位。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)點(diǎn)電位。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)S和一只續(xù)流二極管和一只續(xù)流二極管D。 當(dāng)當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，上導(dǎo)通時(shí)，上側(cè)電容側(cè)電容C1對(duì)對(duì)A相相繞組放電，電源繞組放電，電源對(duì)對(duì)A相供電，經(jīng)相供電，經(jīng)下側(cè)電容下側(cè)電容C2構(gòu)成構(gòu)成回路；當(dāng)回路；當(dāng)S1關(guān)斷關(guān)斷時(shí)，時(shí)，A相電流經(jīng)相電

51、流經(jīng)D1續(xù)流，向下側(cè)續(xù)流，向下側(cè)電容電容C2充電。充電。 1）只適用于偶數(shù)）只適用于偶數(shù)相相SR電機(jī)電機(jī)2）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3）相控獨(dú)立性：）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立不獨(dú)立4）電源利用率低，）電源利用率低，每相電壓為電源電每相電壓為電源電壓的壓的1/2。5）需限制中點(diǎn)電）需限制中點(diǎn)電位漂移位漂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(gè)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(dǎo)通相繞組，引起中點(diǎn)電位的較大浮動(dòng)。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(dǎo)通。有一相導(dǎo)通。1）只適用于）只適用于4的倍數(shù)相的倍數(shù)相SR電機(jī)電機(jī)2）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少）主開(kāi)

52、關(guān)數(shù)較少3）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立4）相繞組電壓浮動(dòng)）相繞組電壓浮動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)零壓續(xù)流，可以實(shí)現(xiàn)零壓續(xù)流，提高系統(tǒng)的控制性能。提高系統(tǒng)的控制性能。H橋型電路為橋型電路為4相相SR電機(jī)最常電機(jī)最常用的主電路形式用的主電路形式單管斬波方式，需增加一個(gè)公共開(kāi)關(guān)單管斬波方式，需增加一個(gè)公共開(kāi)關(guān)V0, PWM斬波由斬波由V0完成，完成，V1-V4只負(fù)責(zé)換相只負(fù)責(zé)換相.V0導(dǎo)通導(dǎo)通 V0關(guān)斷關(guān)斷AB兩相導(dǎo)通時(shí)工作情況兩相導(dǎo)通時(shí)工作情況主電路主電路續(xù)流續(xù)流斬波：V1關(guān)斷，續(xù)流換相：V2關(guān)斷，V1導(dǎo)通換相：V1關(guān)斷，V2導(dǎo)通 VT1 VT3 VD3 VD1 VD2 VD4 VT2 VT4 + +

53、 US - - + U0 A B C D C2 C1 J 電壓檢測(cè)電壓檢測(cè) R1 R2 R3 380V VT RL 11 10 2 1 3 MID 3 1 2 8 9 MDI 14 15 5 4 6 2 3 1 9 AMP 過(guò)流保護(hù)電路過(guò)流保護(hù)電路 15 6 2 3 1 9 4 5 14 10mEXB841 驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 4.7k 1/2W 過(guò)流保護(hù)輸出過(guò)流保護(hù)輸出 TLP521 或等效或等效 47 F 47 F ERA34-10 RG IGBT ICC 20V 0V 隔離電源隔離電源 絞線絞線 2.5.1 靜止部分靜止部分運(yùn)動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)部分定子上安裝兩個(gè)相距定子上安裝兩個(gè)相距75o的光敏器

54、件的光敏器件S、P,分別與定子極中心線分別與定子極中心線成成37.5o夾角。夾角。將其組合為將其組合為4種不同種不同狀態(tài)，代表定子繞組狀態(tài)，代表定子繞組4種不同參考位置種不同參考位置S P導(dǎo)通相導(dǎo)通相1 0 AB0 0 BC 0 1 CD1 1 DA1 0 ABS P導(dǎo)通相導(dǎo)通相0 0AD1 0DC1 1CB0 1 BA0 0AD Ui (fi) (fo) Ue U0 Ud (fo) 輸出信號(hào)輸出信號(hào) 壓控振蕩器壓控振蕩器 相位比較器相位比較器 控制電壓控制電壓 低通濾波器低通濾波器 誤差電壓誤差電壓 輸入信號(hào)輸入信號(hào) fi 相位比較器相位比較器 低通濾波器低通濾波器 壓控振蕩器壓控振蕩器 分頻器分頻器( N) fo =Nfi R5 R4 C4 + R7 R6 C3 S +5V Q VIN 16 3 4 14 6 7 13 9 11 12 5 8 CD4046 CD4040 8 11 10 12 16 14 4 3 13 15 S 信號(hào)信號(hào) 6 7 300pF 4046 10k 47k 1M 0.22 F OUT1 CLK1 8253 CS A0 A1 D0 D7