【習(xí)題】2-4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)與檢修

《新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修》習(xí)題（教師版）項(xiàng)目二新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢修任務(wù)四開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)與檢修一、填空題（2分/空，共36分）1.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種定子有繞組、轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，且定子、轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。2.由于這種電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)需要用開(kāi)關(guān)不斷切換繞組供電，并且是利用磁阻最小原理工作，所以稱(chēng)為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。3.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)擁有簡(jiǎn)單的雙凸極結(jié)構(gòu)，定子與轉(zhuǎn)子的材料都是硅鋼，制作工藝是疊壓技術(shù)。轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組和永磁體,定子上存在繞組,其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。4.轉(zhuǎn)子的作用是構(gòu)成定子磁場(chǎng)磁通路，并在磁場(chǎng)力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。5.定子極上徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組可以串聯(lián)或并聯(lián)在一起成為一相繞組。6.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種不同的相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定子、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配，可以設(shè)計(jì)成單相、兩相、三相、四相及多相等不同相數(shù)結(jié)構(gòu)。7.開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相似，都是遵循“磁阻最小原理”。8.控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)有相開(kāi)通角、相關(guān)斷角、相電流幅值及相繞組電壓等。9.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度極高，可以用于超高速運(yùn)轉(zhuǎn)。10.定子的作用是定子繞組按順序通電，產(chǎn)生的電磁力牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。二、單選題（4分/題，共20分）1.定子凸極的個(gè)數(shù)也是偶數(shù)，最少的有6個(gè)，最多的有（B）。A.16個(gè)B.18個(gè)C.20個(gè)D.30個(gè)2.實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸極最少有4個(gè)(2對(duì))，最多有（A）。A.16個(gè)B.18個(gè)C.20個(gè)D.30個(gè)3.電機(jī)結(jié)構(gòu)十分的簡(jiǎn)單，而且便于進(jìn)行控制，然而功能較為單一的類(lèi)型是(D)。A.四相開(kāi)關(guān)磁阻B.三相開(kāi)關(guān)磁阻C.雙相開(kāi)關(guān)磁阻D.單相開(kāi)關(guān)磁阻4.具備極為廣泛使用范圍的是(B)。A.四相開(kāi)關(guān)磁阻B.三相開(kāi)關(guān)磁阻C.雙相開(kāi)關(guān)磁阻D.單相開(kāi)關(guān)磁阻5.極其難以控制，并且成本高，但其運(yùn)行性能有所提高的是(A)。A.四相開(kāi)關(guān)磁阻B.三相開(kāi)關(guān)磁阻C.雙相開(kāi)關(guān)磁阻D.單相開(kāi)關(guān)磁阻三、判斷題（4分/題，共24分）1.開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為的復(fù)雜。其突出優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組，因此不會(huì)有鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中鼠籠鑄造不合適及使用中的斷條等問(wèn)題。（×）2.在定子方面，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)有幾個(gè)集中繞組，因此制造簡(jiǎn)便，絕緣容易。（√）3.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)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（√）4.低啟動(dòng)電流控制器從電源側(cè)吸收較多的電流，在電動(dòng)機(jī)側(cè)得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是磁阻電動(dòng)機(jī)的一大特點(diǎn)。（×）5.根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求和電動(dòng)機(jī)的情況，可采用不同控制方法和參數(shù)值，使其運(yùn)行于最佳狀態(tài)。（√）6.因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不存在繞組銅損，加上可控參數(shù)少，靈活方便，故易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化控制。（×）四、簡(jiǎn)答題（4分/題，共20分）1.您對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)了解嗎？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其作用。參考答案：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)擁有簡(jiǎn)單的雙凸極結(jié)構(gòu)，定子與轉(zhuǎn)子的材料都是硅鋼，制作工藝是疊壓技術(shù)。轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組和永磁體,定子上存在繞組,其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)子的作用是構(gòu)成定子磁場(chǎng)磁通路，并在磁場(chǎng)力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的凸極個(gè)數(shù)為偶數(shù)。實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸極最少有4個(gè)(2對(duì))，最多有16個(gè)(8對(duì))。定子的作用是定子繞組按順序通電，產(chǎn)生的電磁力牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。定子凸極的個(gè)數(shù)也是偶數(shù)，最少的有6個(gè)，最多的有18個(gè)。2.想一想，什么是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)？說(shuō)說(shuō)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的概念與特點(diǎn)。參考答案：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種定子有繞組、轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，且定子、轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。由于這種電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)需要用開(kāi)關(guān)不斷切換繞組供電，并且是利用磁阻最小原理工作，所以稱(chēng)為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、成本低、工作可靠、控制靈活、運(yùn)行效率高，適于高速與惡劣環(huán)境運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，由其構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)具有交、直流傳動(dòng)系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。3.根據(jù)您對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的認(rèn)知，您知道開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)有哪些嗎？請(qǐng)列舉出來(lái)。參考答案：（1）轉(zhuǎn)矩有脈動(dòng)現(xiàn)象。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)是跳躍性旋轉(zhuǎn)的，使得開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)現(xiàn)象。（2）振動(dòng)與噪聲。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩有脈動(dòng)現(xiàn)象，加上單邊磁拉力的作用，因此一般開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲比其他類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)大。（3）控制系統(tǒng)復(fù)雜。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)必須安裝位置檢測(cè)器和電流檢測(cè)器等總成，所以引線(xiàn)比其他電動(dòng)機(jī)要多，控制和接線(xiàn)變得更復(fù)雜。（4）脈沖電流對(duì)供電電源有影響。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相電流是脈沖電流，這就會(huì)對(duì)為它供電的直流電源產(chǎn)生很大的脈沖電流。近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是開(kāi)發(fā)系列化的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與原來(lái)的直流有刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，以上驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，調(diào)速范圍廣，可靠性高。4.想一想，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有哪些呢？請(qǐng)列出至少4項(xiàng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。參考答案：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為的簡(jiǎn)單。其突出優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組，因此不會(huì)有鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中鼠籠鑄造不合適及使用中的斷條等問(wèn)題。其轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度極高，可以用于超高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在定子方面，它有幾個(gè)集中繞組，因此制造簡(jiǎn)便，絕緣容易。（2）功率電路簡(jiǎn)單可靠因?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，故功率電路可以做到每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)，并且每個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件均直接與電動(dòng)機(jī)繞組相串聯(lián)，從根本上避免了直通短路現(xiàn)象。因此開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中功率電路的保護(hù)電路可以簡(jiǎn)化，既降低了成本，又提高了工作可靠性。（3）各相可以獨(dú)立工作，可靠性高從電動(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)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。從控制器結(jié)構(gòu)上看，各相電路各自給一相繞組供電，一般也是相互獨(dú)立工作。由此可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時(shí)，只需停止該相工作，電動(dòng)機(jī)除總輸出功率能力有所減小外，并無(wú)其他問(wèn)題。因此該系統(tǒng)可靠性極高，可以適用于宇航、電動(dòng)汽車(chē)等使用。（4）啟動(dòng)電流小，轉(zhuǎn)矩大低啟動(dòng)電流控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電動(dòng)機(jī)側(cè)得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是磁阻電動(dòng)機(jī)的一大特點(diǎn)。因此開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)很適合電動(dòng)車(chē)輛等需要重載啟動(dòng)和較長(zhǎng)時(shí)間低速重載運(yùn)行的機(jī)械。（5）適用于頻繁啟、停及正、反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有低啟動(dòng)電流、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使其在啟動(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，可控參數(shù)多，調(diào)速性能好。控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)有相開(kāi)通角、相關(guān)斷角、相電流幅值及相繞組電壓等。因而可控參數(shù)多，控制靈活方便。根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求和電動(dòng)機(jī)的情況，可采用不同控制方法和參數(shù)值，使其運(yùn)行于最佳狀態(tài)。還可使其實(shí)現(xiàn)各種不同的功能和特定的特性曲線(xiàn)。如使電動(dòng)機(jī)具有完全相同的四象限運(yùn)行（即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電動(dòng)、制動(dòng)）能力，并具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和串激電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力曲線(xiàn)。（6）損耗小，效率高因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不存在繞組銅損，加上可控參數(shù)多，靈活方便，故易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化控制。其效率在很寬范圍內(nèi)都在87%以下。（7）易于回收利用定子和轉(zhuǎn)子材料使用磁鐵，都是常見(jiàn)硅鋼片，因而材料容易得到且回收利用容易。（8）高溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能好