開關(guān)磁阻電機演示文稿當前第1頁\共有41頁\編于星期日\23點開關(guān)磁阻電機的最早文獻卻可追溯到1838年，英格蘭學者Davidson制造了一臺用以推動蓄電池機車的驅(qū)動系統(tǒng)。70年代左右，英國Leeds大學步進電機和磁阻電機研究小組首創(chuàng)了一臺現(xiàn)代開關(guān)磁阻電機的雛形。1980年，Lawrenson及其同事在ICEM會議上，發(fā)表著名論文“開關(guān)磁阻調(diào)速電動機”，系統(tǒng)地介紹了他們的工作成果，闡述了SR電機的原理及設計特點，在國際上奠定了現(xiàn)代SR電機的地位，這也標志著SRD正式得到國際認證。從此，世界上大批學者投入到SR電機的研究領(lǐng)域。到日前為止，在SRD系統(tǒng)的開發(fā)研制方面，英國一直處于國際領(lǐng)先地位。除英國外，美國、中國、加拿大、印度、韓國等國家也都開展了SRD系統(tǒng)的研究工作。通過20多年的研究和改進，SRD的性能不斷提高，目前已能在數(shù)百瓦到數(shù)百千瓦的功率范圍內(nèi)使其性能不低于其他形式的電機。開關(guān)磁阻電機發(fā)展歷史當前第2頁\共有41頁\編于星期日\23點2.1SRD傳動系統(tǒng)2.1.1SRD傳動系統(tǒng)的組成當前第3頁\共有41頁\編于星期日\23點2.1.1SRD傳動系統(tǒng)的組成當前第4頁\共有41頁\編于星期日\23點SR電動機定、轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu)

當前第5頁\共有41頁\編于星期日\23點SR電動機定、轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu)

當前第6頁\共有41頁\編于星期日\23點工作機理開關(guān)磁阻電機的工作機理基于磁通總是沿磁導最大的路徑閉合的原理。當定、轉(zhuǎn)子齒中心線不重合、磁導不為最大時，磁場就會產(chǎn)生磁拉力，形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁導最大的位置。當向定子各相繞組中依次通入電流時，電機轉(zhuǎn)子將一步一步地沿著通電相序相反的方向轉(zhuǎn)動。如果改變定子各相的通電次序，電機將改變轉(zhuǎn)向。但相電流通流方向的改變是不會影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向的。當前第7頁\共有41頁\編于星期日\23點一、開關(guān)磁阻電機（SwitchedReluctanceMotor)

1.結(jié)構(gòu)特點1定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)；2定子上空間相對的兩個極上的線圈串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一相繞組3定子集中繞阻、繞組為單方向通電4轉(zhuǎn)子上無繞組5最常見的組合為6/4極，8/6極或12/8極。當前第8頁\共有41頁\編于星期日\23點2.1.2運行原理：磁阻最小原理電機原理演示磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必定使自己的軸線與主磁場的軸線重合A-A’通電?

1-1‘與A-A’重合B-B’通電?

2-2‘與B-B’重合C-C’通電?

3-3‘與C-C’重合D-D’通電?

1-1‘與D-D’重合依次給A-B-C-D繞組通電，轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)當前第9頁\共有41頁\編于星期日\23點下面通過一個開關(guān)磁阻電動機原理模型來介紹工作原理。電機的定子鐵芯有六個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。電機的轉(zhuǎn)子鐵芯有四個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。當前第10頁\共有41頁\編于星期日\23點

由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸極結(jié)構(gòu)。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），用來向電機提供工作磁場。在轉(zhuǎn)子上沒有線圈，這是磁阻電機的主要特點。當前第11頁\共有41頁\編于星期日\23點

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(zhuǎn)的道理，磁阻電機轉(zhuǎn)子上沒有繞組，那是靠什么力推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動呢？磁阻電動機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，利用磁引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當前第12頁\共有41頁\編于星期日\23點下面通過圖示來說明轉(zhuǎn)子的工作原理，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接在一起的，組成一“相”，該電機有3相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱該電機為三相6/4結(jié)構(gòu)。在下圖標注的A、B、C相線圈僅為后面分析磁路帶來方便，并不是連接三相交流電。當前第13頁\共有41頁\編于星期日\23點在下面有一組磁阻電動機運轉(zhuǎn)原理動畫的截圖，從中我們將看到磁阻電動機是如何轉(zhuǎn)動起來的，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(zhuǎn)子的深藍色線是磁力線；把轉(zhuǎn)子啟動前的轉(zhuǎn)角定為0度。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)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了10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30度為止，到了30度轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動，此時磁路最短。當前第14頁\共有41頁\編于星期日\23點為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度前已切斷A相電源在30度接通B相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，見下左圖，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到40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60度為止。當前第15頁\共有41頁\編于星期日\23點在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度前切斷B相電源在60度時接通C相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，見下左圖。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到70度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到80度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度為止。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度前切斷C相電源，轉(zhuǎn)子在90度的狀態(tài)與前面0度開始時一樣，重復前面過程，接通A相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣不停的重復下去，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。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，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關(guān)控制，故稱為開關(guān)磁阻電動機。當前第16頁\共有41頁\編于星期日\23點向線圈供電的開關(guān)是用開關(guān)晶體管進行的，下面就是三相線圈與開關(guān)晶體管的連接示意圖，BG1、BG2、BG3是三個開關(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)的二極管是用來續(xù)流的。由于電機靠磁阻工作，跟磁通方向無關(guān)，即跟電流方向無關(guān)，故在上面運行圖中沒有標明磁力線的方向。A、B、C各相線圈輪流通電視乎簡單，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(guān)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(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩也要調(diào)整開關(guān)時間，各相線圈開通與關(guān)斷時間與轉(zhuǎn)子定子間的相對位置直接相關(guān)，故電機還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測裝置為準時開關(guān)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到的位置與控制參數(shù)決定。當前第17頁\共有41頁\編于星期日\23點轉(zhuǎn)速的計算設：定子繞組為m相，定子齒數(shù)Ns=2m，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Nr。當定子繞組輪流通電一次時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)子齒距。這樣定子需輪流通電Nr次轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過一周，故電機轉(zhuǎn)速n(r/min)與相繞組電壓的開關(guān)頻率fph之間的關(guān)系為給定子相繞組供電的功率變換器輸出電流脈動頻率則為

當前第18頁\共有41頁\編于星期日\23點1、依次給A-B-C-A繞組通電，轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變繞組導通順序，就可改變電機的轉(zhuǎn)向。2、通電一周期，轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)子極距tr=360/Nr3、步距角qb=tr/m=360/(mNr)4、轉(zhuǎn)矩方向與電流無關(guān),但轉(zhuǎn)矩存在脈動。5、需要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子相對位置投入激勵。不能像普通異步電機一樣直接投入電網(wǎng)運行，需要與控制器一同使用。結(jié)論：當前第19頁\共有41頁\編于星期日\23點2.1.3開關(guān)磁阻電動機的相數(shù)與結(jié)構(gòu)

相數(shù)與級數(shù)關(guān)系1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應為偶數(shù)。2、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應盡量接近。因為當定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時，就可能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機出力的重要因素。當前第20頁\共有41頁\編于星期日\23點SR電動機常用的相數(shù)與極數(shù)組合

當前第21頁\共有41頁\編于星期日\23點

相數(shù)3456789定子極數(shù)681012141618轉(zhuǎn)子極數(shù)46810121416步進角(度)3015964.283.212.5SR電機常用方案相數(shù)與轉(zhuǎn)矩、性能關(guān)系：相數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動越小，但成本越高，故常用三相、四相，還有人在研究兩相、單相SRM低于三相的SRM沒有自起動能力當前第22頁\共有41頁\編于星期日\23點（1）2-phase4statorpole/2rotorpole（2）4-phase8statorpole/6rotorpole（3）3-phase6statorpole/4rotorpole（4）5-phase10statorpole/8rotorpole當前第23頁\共有41頁\編于星期日\23點當前第24頁\共有41頁\編于星期日\23點利用永磁體輔助起動的單相SR電動機

當前第25頁\共有41頁\編于星期日\23點開關(guān)磁阻電機的優(yōu)缺點SR電機轉(zhuǎn)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SR電機的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應電動機還要簡單。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。由于SR電機的轉(zhuǎn)矩與電流極性無關(guān)，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(guān)元件，而且每個可控開關(guān)元件都與電機繞組串聯(lián)，不會出現(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，可靠性高。SR電機轉(zhuǎn)子上無繞組，系統(tǒng)在低速運行時，不僅轉(zhuǎn)矩大，而且轉(zhuǎn)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，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。SR電機原有的轉(zhuǎn)矩脈動大、噪聲大的缺點通過技術(shù)的進步也已經(jīng)可以解決。當前第26頁\共有41頁\編于星期日\23點2.1.4SRD特點1)電動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速

SR電機轉(zhuǎn)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SR電機的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應電動機還要簡單。2)功率電路簡單可靠因為電動機轉(zhuǎn)矩方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個功率開關(guān)。當前第27頁\共有41頁\編于星期日\23點SRD特點：3)各相獨立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng)從電動機的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路相互獨立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動機中必須在各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動機才能正常運轉(zhuǎn)。4)高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機側(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點。

（SR:0.4IN,1.4TNIM:6-7IN,2-3TN）當前第28頁\共有41頁\編于星期日\23點SRD特點：5)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運行SRD系統(tǒng)具有的高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流的特點，使之在起動過程中電流沖擊小，電動機和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運行時還小。6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好控制開關(guān)磁阻電動機的主要運行參數(shù)和常用方法至少有四種:相開通角,相關(guān)斷角,相電流幅值,相繞組電壓。當前第29頁\共有41頁\編于星期日\23點7)效率高，損耗小SRD系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。8)可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設計滿足各種特殊使用要求。9)缺點：轉(zhuǎn)矩脈動、振動、噪聲但可通過特殊設計克服SRD特點：當前第30頁\共有41頁\編于星期日\23點31SRD的特點SR電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固、維護量小功率變換器電路簡單、可靠性高可以在寬廣的速度和負載范圍內(nèi)高效率運行控制方便、靈活，易于實現(xiàn)四象限運行起動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大容錯能力強，在缺相情