1、開關(guān)磁阻電機(jī)文獻(xiàn)調(diào)研2009.10目錄開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)25開關(guān)磁阻電機(jī)原理（轉(zhuǎn)）8開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用10Atmega16在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用16關(guān)于企業(yè)電機(jī)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù)外包服務(wù)說明20開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）是定子、轉(zhuǎn)子雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)。定子、轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。圖1所示電動(dòng)機(jī)為8/6極。若以圖1中定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置作為起始位置，依次給ABCD相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，依次給DCBA相通電，則電動(dòng)機(jī)會(huì)順時(shí)

2、針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，只取決于相繞組通電的順序。該電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單，其突出的優(yōu)點(diǎn)是定子上只有幾個(gè)集中繞組，轉(zhuǎn)子上無任何形式的繞組，機(jī)械強(qiáng)度很高，制造簡(jiǎn)單、可靠性高。 控制器通過電子電路控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，功率開關(guān)器件又控制電動(dòng)機(jī)各相繞組的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與電流方向無關(guān)。通過控制繞組導(dǎo)通與關(guān)斷的順序，可以控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，通過控制繞組的電流及開通與關(guān)斷角度可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制器原理如圖2所示。 圖2：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制器原理圖 五、 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性： 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由嵌入式微

3、處理器、大規(guī)模數(shù)字模擬器件、電力電子功率器件及開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)共同組成的新型調(diào)速系統(tǒng)，其性能指標(biāo)比普通交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)都要好，它是一種新穎的、高性價(jià)比的、具有典型機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 系統(tǒng)效率高 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在其寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，整體效率比其它調(diào)速系統(tǒng)高出至少10%。在低轉(zhuǎn)速及非額定負(fù)載下高效率更加明顯。 2. 低速下可長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均可帶負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)及控制器的溫升均低于工作在額定負(fù)載時(shí)的溫升。 3. 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的150%時(shí)，起動(dòng)電流僅為

4、額定電流的30%。 4. 三相輸入電源缺相或控制器輸出缺相不燒電動(dòng)機(jī) 三相輸入電源缺相，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)或者欠功率運(yùn)行或者停機(jī)，不會(huì)燒毀電機(jī)和控制器。電動(dòng)機(jī)輸入缺相只會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出功率減小，或者有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)，對(duì)電機(jī)沒有影響。 5. 過載能力強(qiáng) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)過載能力強(qiáng)，當(dāng)負(fù)載短時(shí)遠(yuǎn)大于額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)下降，保持最大輸出功率，不會(huì)出現(xiàn)過流現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常時(shí)，轉(zhuǎn)速恢復(fù)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。 6. 功率器件控制錯(cuò)誤不會(huì)引起短路 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的上下橋臂功率器件和電機(jī)的繞組串聯(lián)，不存在功率器件由于控制錯(cuò)誤或干擾導(dǎo)致短路而燒毀的現(xiàn)象。SRM的研究最早可追溯到1970年，英國(guó)Leeds大學(xué)

5、首創(chuàng)一個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)雛形。到1972年進(jìn)一步對(duì)帶半導(dǎo)體開關(guān)的小功率電動(dòng)機(jī)(10W1kW)進(jìn)行了研究。1975年發(fā)展到為50kW的電瓶汽車提供裝置。1980年，英國(guó)學(xué)者Lawrensonn在ICEM會(huì)議上闡述了SRM的原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從而奠定了現(xiàn)代SRM的地位。同年英國(guó)成立了世界上第一家開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有限公司(SRD Ltd.)。1983年英國(guó)SRD Ltd.首先推出了SRD系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品命名為OULTON。另外SRD Ltd.研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，表現(xiàn)出了良好的可操縱性和可靠性，噪聲也很低。美國(guó)、加拿大、南斯拉夫、埃及等國(guó)家也都開展了SRD系統(tǒng)的研制工作。在國(guó)外的應(yīng)用中，

6、SRD一般用于牽引中，例如電瓶車和電動(dòng)汽車。同時(shí)高速性能是SRD的一個(gè)特長(zhǎng)的方向。據(jù)報(bào)道，美國(guó)為空間技術(shù)研制了一個(gè)25000r/min、90kW的高速SRD樣機(jī)。從近幾年國(guó)際會(huì)議上有關(guān)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的文章來看，對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究工作己從論證優(yōu)點(diǎn)階段進(jìn)入設(shè)計(jì)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)、控制器、功率轉(zhuǎn)換器等的運(yùn)行理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了更深入的研究。從1984年開始，我國(guó)許多單位先后開展了SRM的研究工作，在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)SRD系統(tǒng)的開發(fā)研究起點(diǎn)較高，目前各單位都集中于較優(yōu)的三相和四相控制方案，至今國(guó)內(nèi)已有十余家單位推出不同性能、不同用途的從1kW至55

7、kW等多種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于紡織、冶金、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的數(shù)十種生產(chǎn)機(jī)械和交通工具中。1988年在南京召開了第一屆開關(guān)磁阻電機(jī)研討會(huì)。在中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)中小型電機(jī)專業(yè)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下，1993年12月正式成立了開關(guān)磁阻電機(jī)學(xué)會(huì)。SRD系統(tǒng)的研究已被列入我國(guó)中小型電機(jī)“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項(xiàng)目。2005年，國(guó)家發(fā)布的國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)明確將SRM作為國(guó)家唯一鼓勵(lì)發(fā)展的電機(jī)技術(shù)。華中科技大學(xué)開關(guān)磁阻電機(jī)課題組在“九五”項(xiàng)目中研制出使用SRD的純電動(dòng)轎車，在“十五”項(xiàng)目中應(yīng)用到混合動(dòng)力城市公交車。紡織機(jī)械研究所將SRD應(yīng)用于毛巾印花機(jī)、卷布機(jī)，煤礦牽引及電動(dòng)車

8、輛等。2007年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開關(guān)磁阻電機(jī)課題組在以譚國(guó)俊教授為研發(fā)技術(shù)總負(fù)責(zé)的帶領(lǐng)下，將100kW開關(guān)磁阻電機(jī)可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到礦井矸石山運(yùn)輸系統(tǒng)，并于2008年1月通過河南省科技廳成果鑒定，“開關(guān)磁阻電機(jī)全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位”，實(shí)際系統(tǒng)開拓了開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用范圍，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。作 者吳建華出 版 社機(jī)械工業(yè)出版社SRM的研究最早可追溯到1970年，英國(guó)Leeds大學(xué)首創(chuàng)一個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)雛形。到1972年進(jìn)一步對(duì)帶半導(dǎo)體開關(guān)的小功率電動(dòng)機(jī)(10W1kW)進(jìn)行了研究。1975年發(fā)展到為50kW的電瓶汽車提供裝置。1980年，英國(guó)學(xué)者Lawrensonn在ICEM會(huì)議

9、上闡述了SRM的原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從而奠定了現(xiàn)代SRM的地位。同年英國(guó)成立了世界上第一家開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有限公司(SRD Ltd.)。1983年英國(guó)SRD Ltd.首先推出了SRD系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品命名為OULTON。另外SRD Ltd.研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，表現(xiàn)出了良好的可操縱性和可靠性，噪聲也很低。美國(guó)、加拿大、南斯拉夫、埃及等國(guó)家也都開展了SRD系統(tǒng)的研制工作。在國(guó)外的應(yīng)用中，SRD一般用于牽引中，例如電瓶車和電動(dòng)汽車。同時(shí)高速性能是SRD的一個(gè)特長(zhǎng)的方向。據(jù)報(bào)道，美國(guó)為空間技術(shù)研制了一個(gè)25000r/min、90kW的高速SRD樣機(jī)。從近幾年國(guó)際會(huì)議上有關(guān)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速

10、系統(tǒng)的文章來看，對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究工作己從論證優(yōu)點(diǎn)階段進(jìn)入設(shè)計(jì)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)、控制器、功率轉(zhuǎn)換器等的運(yùn)行理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了更深入的研究。從1984年開始，我國(guó)許多單位先后開展了SRM的研究工作，在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)SRD系統(tǒng)的開發(fā)研究起點(diǎn)較高，目前各單位都集中于較優(yōu)的三相和四相控制方案，至今國(guó)內(nèi)已有十余家單位推出不同性能、不同用途的從1kW至55kW等多種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于紡織、冶金、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的數(shù)十種生產(chǎn)機(jī)械和交通工具中。1988年在南京召開了第一屆開關(guān)磁阻電機(jī)研討會(huì)。在中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)中小型電機(jī)專業(yè)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下，1993年12月

11、正式成立了開關(guān)磁阻電機(jī)學(xué)會(huì)。SRD系統(tǒng)的研究已被列入我國(guó)中小型電機(jī)“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項(xiàng)目。2005年，國(guó)家發(fā)布的國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)明確將SRM作為國(guó)家唯一鼓勵(lì)發(fā)展的電機(jī)技術(shù)。華中科技大學(xué)開關(guān)磁阻電機(jī)課題組在“九五”項(xiàng)目中研制出使用SRD的純電動(dòng)轎車，在“十五”項(xiàng)目中應(yīng)用到混合動(dòng)力城市公交車。紡織機(jī)械研究所將SRD應(yīng)用于毛巾印花機(jī)、卷布機(jī)，煤礦牽引及電動(dòng)車輛等。2007年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開關(guān)磁阻電機(jī)課題組在以譚國(guó)俊教授為研發(fā)技術(shù)總負(fù)責(zé)的帶領(lǐng)下，將100kW開關(guān)磁阻電機(jī)可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到礦井矸石山運(yùn)輸系統(tǒng)，并于2008年1月通過河南省科技廳成果鑒定，“開關(guān)磁

12、阻電機(jī)全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位”，實(shí)際系統(tǒng)開拓了開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用范圍，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。開關(guān)磁阻電機(jī)原理（轉(zhuǎn)）1、引言開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(switched reluctance drive system, srd)具有一些很有特色的優(yōu)點(diǎn):電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、維護(hù)方便甚至免維護(hù)，啟動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大、電流小;高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好，在寬廣轉(zhuǎn)速和功率訪問內(nèi)都具有高輸出和高效率而且有很好的容錯(cuò)能力。這使得sr電機(jī)系統(tǒng)在家用電器、通用工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電機(jī)、高轉(zhuǎn)速電機(jī)、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 sr電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)可逆原理，sr電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī)一樣，

13、它既可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能電動(dòng)運(yùn)行，在這方面的理論趨于成熟;也可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能發(fā)電運(yùn)行，其內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系不能簡(jiǎn)單看成是sr電動(dòng)機(jī)的逆過程。本文將從sr電機(jī)電動(dòng)和發(fā)電運(yùn)行這兩個(gè)角度闡述sr電機(jī)的運(yùn)行原理。2、電動(dòng)運(yùn)行原理2.1 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理控制器根據(jù)位置檢測(cè)器檢測(cè)到的定轉(zhuǎn)子間相對(duì)位置信息，結(jié)合給定的運(yùn)行命令(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))，導(dǎo)通相應(yīng)的定子相繞組的主開關(guān)元件。對(duì)應(yīng)相繞組中有電流流過，產(chǎn)生磁場(chǎng);磁場(chǎng)總是趨于“磁阻最小”而產(chǎn)生的磁阻性電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向“極對(duì)極”位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到被吸引的轉(zhuǎn)子磁極與定子激磁相相重合(平衡位置)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩消失。此時(shí)控制器根據(jù)新的位置信息，在定轉(zhuǎn)子即將達(dá)到平衡位置時(shí)，向

14、功率變換器發(fā)出命令，關(guān)斷當(dāng)前相的主開關(guān)元件，而導(dǎo)通下一相，則轉(zhuǎn)子又會(huì)向下一個(gè)平衡位置轉(zhuǎn)動(dòng);這樣，控制器根據(jù)相應(yīng)的位置信息按一定的控制邏輯連續(xù)地導(dǎo)通和關(guān)斷相應(yīng)的相繞組的主開關(guān)，就可產(chǎn)生連續(xù)的同轉(zhuǎn)向的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行;再根據(jù)一定的控制策略控制各相繞組的通、斷時(shí)刻以及繞組電流的大小，就可使系統(tǒng)在最隹狀態(tài)下運(yùn)行。從上面的分析可見，電流的方向?qū)D(zhuǎn)矩沒有任何影響，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與電流方向無關(guān)，而僅取決于相繞組的通電順序。若通電順序改變，則電機(jī)的轉(zhuǎn)向也發(fā)生改變。為保證電機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，位置檢測(cè)器要能及時(shí)給出定轉(zhuǎn)子極間相對(duì)位置，使控制器能及時(shí)和準(zhǔn)確地控制定子各相繞組的通斷，使srm能產(chǎn)生所

15、要求的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，達(dá)到預(yù)計(jì)的性能要求。2.2 電路分析電源vcc是一直流電源，3個(gè)電感分別表示srm的三相繞組，igbt1igbt6為與繞組相連的可控開關(guān)元件，6個(gè)二極管為對(duì)應(yīng)相的續(xù)流二極管。當(dāng)?shù)谝幌嗬@組的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源給第一相勵(lì)磁，電流的回路(即勵(lì)磁階段)是由電源正極上開關(guān)管繞組下開關(guān)管電源負(fù)極，如圖2(a)所示。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，由于繞組是一個(gè)電感，根據(jù)電工理論，電感的電流不允許突變，此時(shí)電流的續(xù)流回路(即去磁階段)是繞組上續(xù)流二極管電源下續(xù)流二極管繞組，如圖2(b)所示。2.3 能量轉(zhuǎn)換關(guān)系當(dāng)忽略鐵耗和各種附加損耗時(shí)，srm工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)換過程為:通電相繞組的電感處在電感上升區(qū)域內(nèi)(轉(zhuǎn)子

16、轉(zhuǎn)向“極對(duì)極”位置)，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入的凈電能一部分轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)儲(chǔ)能，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出;當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，繞組電流通過二極管和電源續(xù)流，存儲(chǔ)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能一部分轉(zhuǎn)化為電能回饋電源，另一部分則轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。2.4 sr電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性sr電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度低于fc(第一臨界速度)的范圍內(nèi)，為了保證max和i不超過允許值，采用改變電壓、導(dǎo)通角和觸發(fā)角三者中任一個(gè)或任兩個(gè)，或三者同時(shí)配合控制。當(dāng)sr電動(dòng)機(jī)在高于fc范圍運(yùn)行時(shí)，在外加電壓、導(dǎo)通角和觸發(fā)角都一定的條件下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，磁鏈和電流將下降，轉(zhuǎn)矩則隨著轉(zhuǎn)速的平方下降(如圖3中細(xì)實(shí)線)。為了得到恒功率特性，必須采用可控條件。但是外施電壓最大

17、值是由電源功率變換器決定的，而導(dǎo)通角又不能無限增加(一般不能超過半個(gè)轉(zhuǎn)子極距)。因此，在電壓和導(dǎo)通角都達(dá)最大時(shí)，能得到的最大功率的最高轉(zhuǎn)速sc被稱之為“第二臨界轉(zhuǎn)速”。當(dāng)轉(zhuǎn)速再增加時(shí)，由于可控條件都已經(jīng)達(dá)到極限，轉(zhuǎn)矩將隨轉(zhuǎn)速的二次方下降，如圖3所示。sr電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 開關(guān)磁阻電機(jī)一般運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在這兩個(gè)區(qū)域中，電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行特性可控。通過控制條件，可以實(shí)現(xiàn)在粗實(shí)線以下的任意實(shí)際運(yùn)行特性。而在串勵(lì)特性區(qū)，電機(jī)的可控條件都已達(dá)極限，電機(jī)的運(yùn)行特性不再可控，電機(jī)呈現(xiàn)自然串勵(lì)運(yùn)行特性，故電機(jī)一般不會(huì)運(yùn)行在此區(qū)域。 系統(tǒng)分類: 汽車電子|用戶分類: 電機(jī)控制器|來源: 轉(zhuǎn)貼|【推薦給朋

18、友】|【添加到收藏夾】 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用作者：南京瑞鵬科技有限公司總工程師 蔡起仲開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（Switched Reluctance Drive ：SRD）調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的最新一代無級(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)。 英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開關(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)w直到數(shù)百kw，廣泛應(yīng)用于家用電器、航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)車輛等領(lǐng)域。 通用系列開關(guān)磁阻調(diào)速電

19、動(dòng)機(jī)我國(guó)對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與試制起步于20世紀(jì)80年代末90年代初，取得了從基礎(chǔ)理論到設(shè)計(jì)制造技術(shù)多方面的成果與進(jìn)展，但產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用性研究工作相對(duì)滯后。由于SRD的產(chǎn)業(yè)化，人們通常將其產(chǎn)品成為“開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)”。 SRD系統(tǒng)的組成 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）、功率變換器、控制器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器四大部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1?？刂破鲀?nèi)包含控制電路與功率變換器，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器則安裝在電機(jī)的一端，電動(dòng)機(jī)與國(guó)產(chǎn)Y系列感應(yīng)電動(dòng)機(jī)同功率同機(jī)座號(hào)同外形。 圖1 SRM系統(tǒng)框圖SRD系統(tǒng)各部件的結(jié)構(gòu)及工作原理 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所用的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）是SR

20、D中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD有別于其他電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。SRM系雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組聯(lián)接起來，稱為“一相”，SR電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多、步距角小，有利于減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器件多，成本高，目前應(yīng)用較多的是四相（8/6）結(jié)構(gòu)和三相（12/8）結(jié)構(gòu)。 圖2示出四相（8/6）結(jié)構(gòu)SR電動(dòng)機(jī)原理圖。為簡(jiǎn)單計(jì)，圖中只畫出A相繞組及其供電電路。SR電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理” 磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而

21、具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的軸線重合。圖2中，當(dāng)定子D-D極勵(lì)磁時(shí)，1-1向定子軸線D-D重合的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，并使D相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對(duì)位置作為起始位置，則依次給DABC相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，若依次給BADC相通電，則電動(dòng)機(jī)即會(huì)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。可見，SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。另外，從圖2可以看出，當(dāng)主開關(guān)器件S1、S2導(dǎo)通時(shí)，A相繞組從直流電源US吸收電能，而當(dāng)S1、S2關(guān)斷時(shí)，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管VD1、VD2繼續(xù)流通，并回饋給電源US。因此，SR電

22、動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的共性特點(diǎn)是具有再生作用，系統(tǒng)效率高。 圖2 四相8/6級(jí)SR電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)(只畫出一相)由此可見，通過控制加到SR電動(dòng)機(jī)繞組中電流脈沖的幅值、寬度及其與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置（即導(dǎo)通角、關(guān)斷角），即可控制SR電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小與方向，這正是SR電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的基本原理。 SRD系統(tǒng)特點(diǎn) 開關(guān)磁組電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之所以能在現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)中異軍突起，主要是因?yàn)樗吭降南到y(tǒng)性能，主要表現(xiàn)在： 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。SRD的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。其突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，因此不會(huì)有鼠籠感應(yīng)電機(jī)制造過程中鑄造不良和使用過程中的斷條等問題。其轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度極高，可以用于

23、超高速運(yùn)轉(zhuǎn)（如每分鐘上萬轉(zhuǎn)）。在定子方面，它只有幾個(gè)集中繞組，因此制造簡(jiǎn)便、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 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關(guān)，即只需單方相繞組電流，故功率電路可以做到每相一個(gè)功率開關(guān)。對(duì)比異步電動(dòng)機(jī)繞組需流過雙向電流，向其供電的PWM變頻器功率電路每相需兩個(gè)功率器件。因此，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)較PWM變頻器功率電路中所需的功率元件少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。另外，PWM變頻器功率電路中每橋臂兩個(gè)功率開關(guān)管直接跨在直流電源側(cè)，易發(fā)生直通短路燒毀功率器件。而開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中每個(gè)功率開關(guān)器件均直接與電動(dòng)機(jī)繞組相串聯(lián)，根本上避免了直通短路現(xiàn)象。因此開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中功率

24、電路的保護(hù)電路可以簡(jiǎn)化，即降低了成本，又有較高的工作可靠性。 系統(tǒng)可靠性高。從電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看，各項(xiàng)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，并無其他妨礙。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流低?？刂破鲝碾娫磦?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)的一大特點(diǎn)。典型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)是：起動(dòng)電流為額定電流的15%時(shí)，獲得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為10

25、0%的額定轉(zhuǎn)矩；起動(dòng)電流為額定電流的30%時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)其額定轉(zhuǎn)矩的250%。而其他調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)特性與之相比，如直流電機(jī)為100%的電流，鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為300%的電流，獲得100%的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)電流小而轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)還可以延伸到低速運(yùn)行段，因此本系統(tǒng)十分合適那些需要重載起動(dòng)和較長(zhǎng)時(shí)間低速重載運(yùn)行的機(jī)械。 適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。本系統(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)還要小?？煽貐?shù)多使其制動(dòng)運(yùn)行能與電動(dòng)運(yùn)行具有同樣優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。二者綜合作用的結(jié)果必然使之適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行，次數(shù)可達(dá)1000次

26、/小時(shí)。 可控參數(shù)多，調(diào)速性能好。控制開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種：相導(dǎo)通角、相關(guān)斷角、相電流幅值、相繞組電壓?？煽貐?shù)多，意味著控制靈活方便?？梢愿鶕?jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求和電動(dòng)機(jī)的情況，采取不同控制方法和參數(shù)值，即可使之運(yùn)行于最佳狀態(tài)（如出力最大、效率最高等），還可使之實(shí)現(xiàn)各種不同的功能的特定曲線。如使電動(dòng)機(jī)具有完全相同的四象限運(yùn)行能力，并具有最高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力曲線。由于SRD速度閉環(huán)是必備的，因此系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)速精度，可以很方便的構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 效率高，損耗小。本系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。這是因?yàn)橐环矫骐妱?dòng)機(jī)繞組無銅損；另一方面電動(dòng)機(jī)可控參數(shù)多

27、，靈活方便，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。以3kW SRD為例，其系統(tǒng)效率在很寬范圍內(nèi)都在87%以上，這是其它一些調(diào)速系統(tǒng)不容易達(dá)到的。將本系統(tǒng)同PWM變頻器鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行比較，本系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速和不同負(fù)載下的效率均比變頻器系統(tǒng)高，一般要高510個(gè)百分點(diǎn)。 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。 SRD在家用電器中的應(yīng)用 由SRD的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)介紹可見其有著極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)僅就SRD在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用作簡(jiǎn)單介紹如下。 當(dāng)今世界家用電器的發(fā)展趨勢(shì)可歸結(jié)為兩句話：“黑色家電數(shù)字化，白色家電調(diào)速化。” “白色家電”是指空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等，其共同特點(diǎn)是

28、都用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力。老一代的白色家電一般均采用不調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。這對(duì)于進(jìn)一步提高其功能和檔次已成為障礙，這類家用電器技術(shù)進(jìn)步的總趨勢(shì)是采用具有現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)來取代不調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。這里最具資格的當(dāng)數(shù)無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。而在某些性能及性價(jià)比方面，開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)占有一定的優(yōu)勢(shì)。 在洗衣機(jī)中的應(yīng)用 目前，世界上使用面廣、為廣大用戶所接受的洗衣機(jī)主要有兩大類：一類是波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)；另一類是滾筒式全自動(dòng)洗衣機(jī)。 這兩類洗衣機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)有著共同的性能要求：洗滌時(shí)要電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，且能頻繁地正反轉(zhuǎn)；脫水時(shí)要電機(jī)能高速旋轉(zhuǎn)。 長(zhǎng)期以來，這兩類洗衣機(jī)基本上都采用了一種變極

29、雙速單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)而勉強(qiáng)達(dá)到使用要求，但缺點(diǎn)是很明顯的： 調(diào)速性能差，在洗滌時(shí)只有一種轉(zhuǎn)速難以適應(yīng)各種織物對(duì)洗滌轉(zhuǎn)速的要求，而所謂的“強(qiáng)洗”、“弱洗”、“輕柔洗”等洗滌程序的變化僅僅是靠改變正反轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間而已。而且為了照顧洗滌時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，往往使得脫水時(shí)的轉(zhuǎn)速偏低，一般僅為400轉(zhuǎn)/分鐘至600轉(zhuǎn)/分鐘。 單相變極雙速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率很低，一般均為30%以下。而其起動(dòng)電流竟是額定電流的78倍以上，這會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。 如果用開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)來取代單相變極雙速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)則可以取得十分滿意的效果。 南京瑞鵬科技有限公司成功開發(fā)了用于5kg滾筒洗衣機(jī)的SRD專用系統(tǒng)，取得了令人振奮的效果。 系

30、統(tǒng)的“標(biāo)準(zhǔn)洗”，滾筒的轉(zhuǎn)速為57轉(zhuǎn)/分鐘；而“輕柔洗”、“絲絨洗”滾筒轉(zhuǎn)速則為25轉(zhuǎn)/分鐘。真正做到高檔織物不損傷?！懊撍睍r(shí)滾筒轉(zhuǎn)速可在400轉(zhuǎn)/分鐘至1200轉(zhuǎn)/分鐘之間任意設(shè)定選取。 系統(tǒng)還為洗衣機(jī)的各種動(dòng)作設(shè)計(jì)了專用程序。如為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)洗滌設(shè)計(jì)了特定的起動(dòng)、加速、減速程序，可有效的提高衣物的洗凈率。為漂洗和脫水分別設(shè)計(jì)了特定的起動(dòng)、均布升速程序，有效避免在脫水時(shí)由于衣物在滾筒上分布不均而造成的振動(dòng)和噪聲；而對(duì)于根本不可能均勻分布的洗滌物，則可智能地為其選擇較低的脫水轉(zhuǎn)速。 經(jīng)測(cè)試比較，同樣的衣物，同樣一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)洗”，本系統(tǒng)的用電量?jī)H為普通滾筒洗衣機(jī)（雙速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力）的44%；其耗

31、電、耗水、洗凈度、脫水率、噪聲等一系列指標(biāo)都達(dá)到了歐洲A類洗衣機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。 在空調(diào)和電冰箱的應(yīng)用 空調(diào)、電冰箱的核心部件是壓縮機(jī)，可是目前進(jìn)入千家萬戶的普通空調(diào)、電冰箱的壓縮機(jī)大都是由單相異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的。它的缺點(diǎn)表現(xiàn)為：一、由于他們采用簡(jiǎn)單的通斷式來進(jìn)行控溫，這樣將帶來許多毛病，如系統(tǒng)效率低、功率因素低、溫度起伏大、因起動(dòng)電流大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊等。二、近年來出現(xiàn)了“變頻空調(diào)”新產(chǎn)品，它采用異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)來取代單相異步電動(dòng)機(jī)。相比較而言，變頻空調(diào)具有制冷速度快、環(huán)境舒適度好、對(duì)電網(wǎng)無沖擊、運(yùn)行噪聲小、效率高和節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，是空調(diào)升級(jí)換代的革命性措施。但變頻調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行中、低速時(shí)，

32、機(jī)械特性通常變差，系統(tǒng)效率和功率因素下降明顯。而變頻空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)恰恰絕大多數(shù)時(shí)間在中、低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)行，只是剛開始時(shí)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，這給變頻空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)越性大大的打了個(gè)折扣。 而開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)除了具有變頻調(diào)速系統(tǒng)的一系列優(yōu)點(diǎn)外，它具有比變頻調(diào)速系統(tǒng)更高的電能 機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，特別是在中、低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，這一優(yōu)勢(shì)就更加明顯。這一點(diǎn)在此就不再贅述。 結(jié)束語 開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為最新一代無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)尚處于深化研究開發(fā)、不斷完善提高的階段，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展之中。由于SRD優(yōu)良的調(diào)速性能和極高的性能價(jià)格比，一旦推廣普及可產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這有待于我國(guó)從事SRD科

33、研、開發(fā)與制造的高等院校、科研院所、企業(yè)以及為數(shù)更多的用戶中的有識(shí)之士共同努力。(end) Atmega16在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出了以Atmega16作為CPU，并利用該單片機(jī)硬件和軟件上的優(yōu)點(diǎn)來提高系統(tǒng)處理速度,簡(jiǎn)化外圍電路和提高性價(jià)比的設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞：電機(jī)調(diào)速；開關(guān)磁阻電機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)單脈沖數(shù)；Atmega161 引言目前，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，能源短缺問題日趨嚴(yán)峻。為此，國(guó)家科技部啟動(dòng)了“863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”，而開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor，簡(jiǎn)稱SRM）以其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)被作為未來電動(dòng)

34、汽車的理想驅(qū)動(dòng)電機(jī)之一。開關(guān)磁阻電機(jī)是一種必須在控制器協(xié)調(diào)控制下才能運(yùn)轉(zhuǎn)起來的電機(jī)，因而控制器性能的好壞直接影響電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。以往控制系統(tǒng)所采用的CPU主要有三種類型：一是采用51系列8位單片機(jī)，這種處理器處理速度相對(duì)緩慢，功能簡(jiǎn)單，外圍電路比較復(fù)雜。二是采用196系列16位單片機(jī)，這種處理器處理速度比較快，但由于內(nèi)部外設(shè)模塊不夠豐富，因而外圍電路仍相對(duì)復(fù)雜。三是采用240系列DSP，這種處理器處理速度快，內(nèi)部外設(shè)模塊豐富，但芯片價(jià)格昂貴，所以不能得到較廣泛的應(yīng)用。本文選用Atmel公司出品的Atmega16作為CPU來控制開關(guān)磁阻電機(jī)，大大提高了性價(jià)比。2 AVR系列單片機(jī)AVR單片機(jī)是目

35、前最新的單片機(jī)系列之一，具有速度高、片內(nèi)硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，可作為真正意義上的單片機(jī)使用。它的最大特點(diǎn)是低功耗和高速度，其掉電方式、閑置方式至工作方式下的耗電約為1A2.5A。該系列單片機(jī)采用現(xiàn)代微處理器流水管線預(yù)取指令技術(shù)，淘汰了機(jī)器周期的概念。它以時(shí)鐘周期為指令執(zhí)行的基本時(shí)間單位，每個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行一條指令。時(shí)鐘頻率通常采用4MHz8MHz，故最短的指令執(zhí)行時(shí)間為250ns25ns。在12MHz頻率下，指令的吞吐量為12MIPS，這是一般MCS-51單片機(jī)速度的12倍。AVR系列片內(nèi)含有模擬比較器，與輸入捕捉功能配合可進(jìn)行多種模擬控制和轉(zhuǎn)換。它借鑒了某些機(jī)型的高速輸入輸出HSIO和可編程計(jì)

36、數(shù)陣列PCA的概念，實(shí)現(xiàn)了本身的輸入捕捉、輸出比較和脈沖寬度調(diào)制輸出功能，從而成為脈沖信號(hào)測(cè)量、開關(guān)量按時(shí)控制及某些直流馬達(dá)調(diào)速的得力工具。在軟件開發(fā)方面，AVR單片機(jī)內(nèi)含容量不等的閃速程序存儲(chǔ)器（Flash Memory,簡(jiǎn)稱Flash），可反復(fù)擦寫至少1000次，極大地方便了產(chǎn)品開發(fā)和軟件修改。Flash存儲(chǔ)器中的程序可由PC機(jī)串行下載，亦可在通用寫入器上以并行方式寫入。3 開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理所謂磁阻電機(jī)是指電機(jī)各磁路的磁阻隨轉(zhuǎn)子位置而改變，因而電機(jī)的磁場(chǎng)能量也將隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，并將磁能變換成機(jī)械能。這種結(jié)構(gòu)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相似，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行亦遵循“磁阻最小原理”，即磁通總是

37、沿著磁阻最小的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的主軸線重合。圖1為四相開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)定子D-D極勵(lì)磁時(shí)，所產(chǎn)生的磁力會(huì)力圖使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極軸線1-1與定子極軸線D-D重合的位置，并使D相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖1中定、轉(zhuǎn)子所對(duì)的位置作為起始位置，然后依次給D-A-B-C相繞組通電，轉(zhuǎn)子會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，若依次給B-A-D-C相通電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿順時(shí)針方式轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢?，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)于額定功率為0.75kW、轉(zhuǎn)速為502000r.p.m

38、的8/6極SRM，在低速時(shí)可采用PWM方式來控制，而在高速時(shí)則應(yīng)采用單脈沖控制。電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過15，位置傳感器PIA和PIB會(huì)發(fā)生變化并產(chǎn)生一次相中斷，之后MSP430依據(jù)外部操作要求（如正傳或反轉(zhuǎn)）及當(dāng)前狀態(tài)來決定下一次輸出狀態(tài)并送給數(shù)字比較器，當(dāng)與下一次中斷信號(hào)一致時(shí)，它會(huì)向CPU發(fā)送一次中斷，并輸出相信號(hào)給邏輯電路，最后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。同時(shí)依據(jù)此中斷信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)速，以作為高速單脈沖工作狀態(tài)的參考點(diǎn)（對(duì)于高速單脈沖，由于在高速時(shí)沒有足夠時(shí)間精確計(jì)算開關(guān)角的大小，因而本設(shè)計(jì)采取每相固定導(dǎo)通30的控制方式，其實(shí)現(xiàn)方法待后詳述）。當(dāng)轉(zhuǎn)速給定后，即可采用調(diào)節(jié)電位器輸出模擬量送給Atmega16的A/D模

39、塊。系統(tǒng)中的LED用于顯示轉(zhuǎn)換速等信息，鍵盤用于設(shè)定各參量（如方向等）。其控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。4.1 PWM控制AVR的T/C1除具有定時(shí)、計(jì)數(shù)、輸入捕捉和輸出比較功能外，還可構(gòu)成兩個(gè)脈沖寬度調(diào)制PWM輸出通道。由于經(jīng)緩沖的PWM輸出可驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且其轉(zhuǎn)速正比于OCR1A或OCR1B寄存器的內(nèi)容。因此，可以利用OCR1A輸出PWM波，再將該信號(hào)與各路相輸出信號(hào)相與后輸出，從而實(shí)現(xiàn)控制各路相信號(hào)以及低速調(diào)速之目的。圖2 4.2 高速單脈沖控制采用高速單脈沖控制方式時(shí)，可使關(guān)斷角保持不變，從而使開通角在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)高速高速。由于AVR系列單片機(jī)具有輸入捕捉功能，因此可將PIA或

40、PIB信號(hào)送給ICP腳，然后讓ICP1寄存器首先捕捉脈沖上升沿發(fā)生的時(shí)間，接著再捕捉下一次上升沿發(fā)生的時(shí)間，然后用這段時(shí)間除以相間隔的角度15就可得到標(biāo)準(zhǔn)單脈沖數(shù)。當(dāng)然，由于中斷處理需要一定的時(shí)間，所以要通過軟件修正。這樣就可以高精度控制高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開通角和關(guān)斷角，從而實(shí)現(xiàn)高速單脈沖的軟件控制。5 軟件示例5.1 相輸出子程序示例；正轉(zhuǎn)相輸出.def xiin=r16 ;相輸入信號(hào)寄存器；=xinoutz:in xiin,pind ;將相輸入信號(hào)送給寄存器andi xiin,$03 ;相與只剩下相信號(hào)cpi xiin,$01 ;是否da輸出brbc 1,daout ;相等，da輸出cpi xi

41、in,$03 ;是否ab輸出brbc 1,about ;相等，ab輸出cpi xiin,$02 ;是否bc輸出brbc 1,bcout ;相等,bc輸出cpi xiin,$00 ;是否cd輸出brbc 1,cdout ;相等,cd輸出；=；反轉(zhuǎn)相輸出；=xinoutf:in xiin,pind ;將相輸入信號(hào)送給寄存器andi xiin,$00 ;相與只剩下相信號(hào)cpi xiin,$01 ;是否da輸出brbc 1,daout ;相等，da輸出cpi xiin,$02 ;是否ab輸出brbc 1,about ;相等，ab輸出cpi xiin,$03 ;是否bc輸出brbc 1,bcout ;相

42、等,bc輸出cpi xiin,$01 ;是否cd輸出brbc 1,cdout ;相等，cd輸出；=daout:sbic pinb,4 ;開通a相低電平有效sbic pinb,7 ;開通d相？sbis pinb,5sbis pinb,6retabout:sbic pinb,4 ;開通a相sbic pinb,6 ;開通b相sbis pinb,5sbis pinb,7retbcout:sbic pinb,5 ;開通c相sbic pinb,6 ；開通b相？sbis pinb,7sbis pinb,4retcdout:sbic pinb,5 ;開通c相sbis pinb,7 ;開通d相？sbis pin

43、b,4sbis pinb,6ret5.2 速度采集顯示子程序示例.include $001crjmp adcint.def channel=r29 ;模擬通道號(hào).def lresult=r2 ;轉(zhuǎn)換低字節(jié).def hresult=r3 ;轉(zhuǎn)換高字節(jié).def temp=r16.equ sample=$0060 ;采樣數(shù)據(jù)1緩沖區(qū)首地址.equ sample2=$0063 ;采樣數(shù)據(jù)2緩沖區(qū)首地址.def round=r17 ;顯示回合計(jì)數(shù)器.def outer=r19 ;存放外環(huán)計(jì)數(shù)器.def inner=r18 ;存放內(nèi)環(huán)計(jì)數(shù)器.equ slabel=$0400

44、;字符碼首地址.def hxian=r2 ;存放預(yù)顯示高字節(jié).def lxian=r1 ;存放預(yù)顯示低字節(jié)；采集顯示速度占用系統(tǒng)資源r1r2s3r4r16,$60$69adcin:ldi channel,$04 ;從4通道開始o(jì)ut admux,channelldi r16,$ee ;自由運(yùn)行方式out adcsr,r16 ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換clr xh ;建立sram指針ldi x1,$60inc channel ;通道號(hào)增1out admux,channel ;選通道4sbi adcsr,3 ;開啟ad中斷l(xiāng)di r28,$03 ;轉(zhuǎn)換次數(shù)adhere:rjmp adhere ;等待中斷adcin

45、t:in lresult,adcl ;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果in hresult,adchst x+,lresultdec r28brne adnextcrjmp adretadnextc:ldi r28,$03 ;轉(zhuǎn)換次數(shù)inc channel ;通道號(hào)加1out admux,channel ;選下一個(gè)通道cpi x1,$70 ;轉(zhuǎn)換的是通道7嗎brme adret ;否，返回cbi ADCSR,7 ;是，停止轉(zhuǎn)換adret:reti6 結(jié)束語實(shí)際使用證明：Atmel公司出品的Atmega16系列單片機(jī)具有處理速度快，內(nèi)部外設(shè)功能模塊豐富等優(yōu)點(diǎn)，是一種性價(jià)比較高的單片機(jī)，特別適用于電池供電、便攜式以及電

46、機(jī)驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)。本文的開關(guān)磁阻電機(jī)充分利用了該單片機(jī)豐富的內(nèi)部外設(shè)模塊，因而簡(jiǎn)化了外圍電路，大大提高了性價(jià)比。關(guān)于企業(yè)電機(jī)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù)外包服務(wù)說明該規(guī)定重點(diǎn)明確外包優(yōu)勢(shì)和合作后西莫的義務(wù)。+ O! H, x- ?8 2 q2 K5 K6 I 外包優(yōu)勢(shì)：; Eq8 w. d X& j6 n9 0 V1、為解決部分單位對(duì)新項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)缺乏和無措下手等困惑，西莫可以為您提供詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)研和設(shè)計(jì)方案。- a! - E4 l) s8 a9 Z$ TH2 2 j2、西莫可以為您的設(shè)計(jì)提供完整的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程和設(shè)計(jì)思路，同時(shí)也承擔(dān)外包的樣機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)任務(wù)。4 : |2 & Zk8 c: o3、為客戶的項(xiàng)目申請(qǐng)和

47、鑒定提供完整的申請(qǐng)報(bào)告和鑒定材料。（西莫技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員多為技術(shù)骨干，獨(dú)立承擔(dān)項(xiàng)目人士，經(jīng)驗(yàn)豐富）# T E1 l; , E+ j+ O西莫義務(wù)：5 m6 |8 P3 V: u1、一旦簽署協(xié)議后，西莫論壇將承擔(dān)所規(guī)定所有責(zé)任。7 9 V5 0 3 Y; b/ T) N2、在認(rèn)真完成外包服務(wù)的基礎(chǔ)上，為客戶提供優(yōu)惠的市場(chǎng)推廣宣傳。( qV U4 J% q: v( k聯(lián)系方式：F5 B/ x) c) s客服熱線：0574-+ u6 V. d! # # L _8 o& a Q/ v. t) N qEmail： * c- G3 0 i! ?9 S! Z$ u|! QQ：/& a

48、# V; ?) J7 t# b0 w0 4 3 w6 D3 - v a) S西莫電機(jī)論壇X0 H0 e: R+ f* Y4 V; w; e) Z/ 2009-10-149 a) S#一、開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介 開關(guān)磁阻電機(jī)是80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及效率高等突出特點(diǎn)，成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者，引起各國(guó)學(xué)者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注?？鐕?guó)電機(jī)公司Emerson電氣公司還將開關(guān)磁阻電機(jī)視為其下世紀(jì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的新的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前開關(guān)磁阻電機(jī)已廣泛或開始應(yīng)用于工業(yè)、航空

49、業(yè)和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 1970年，英國(guó)Leeds大學(xué)步進(jìn)電機(jī)研究小組首創(chuàng)一個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor, SRM）雛形，這是關(guān)于開關(guān)磁阻電機(jī)最早的研究。1972年，進(jìn)一步對(duì)帶半導(dǎo)體開關(guān)的小功率電動(dòng)機(jī)（10w1kw）進(jìn)行了研究。到了1975年有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，并一直發(fā)展到可以為50kw的電瓶汽車提供裝置。1980年在英國(guó)成立了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有限公司（SRD Ltd.），專門進(jìn)行SRD系統(tǒng)的研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)。1983年英國(guó)（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品命名為OULTON。1984年TASC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)公司也推出了他們的產(chǎn)品。另外SR

50、D Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，到1986年已運(yùn)行500km。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，在電氣傳動(dòng)界引起不小的反響。在很多性能指標(biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過了工業(yè)中長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。 從上世紀(jì)90年代國(guó)際會(huì)議的上有關(guān)SRD系統(tǒng)的文章來看，對(duì)SRD系統(tǒng)的研究工作已經(jīng)從論證它的優(yōu)點(diǎn)、開發(fā)應(yīng)用階段進(jìn)入到設(shè)計(jì)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)研究階段。對(duì)SR電機(jī)、控制器、功率變換器等的運(yùn)行理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行了更加深入的研究。 二、原理簡(jiǎn)介及優(yōu)越性簡(jiǎn)介 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是較為復(fù)雜的機(jī)電一體化裝置，SRD的運(yùn)行需要在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的反饋量一般

51、有轉(zhuǎn)子位置、速度及電流等，然后根據(jù)控制目標(biāo)綜合這些信息給出控制指令，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制及保護(hù)等功能。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)環(huán)節(jié)是SRD的重要組成部分，檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是各相主開關(guān)器件正確進(jìn)行邏輯切換的根據(jù)，也為速度控制環(huán)節(jié)提供了速度反饋信號(hào)。 開關(guān)磁阻電機(jī)具有再生的能力，系統(tǒng)效率高。對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的理論研究和實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)： （1）電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，可工作于極高轉(zhuǎn)速；定子線圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境。 （2）損耗主要產(chǎn)生在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許有較高的溫升。 （3）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，從而可最大

52、限度簡(jiǎn)化功率變換器，降低系統(tǒng)成本。 （4）功率變換器不會(huì)出現(xiàn)直通故障，可靠性高。 （5）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速性能好，無感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象。 （6）調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩速度特性。 （7）在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高效率 （8）能四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能力。 （9）容錯(cuò)能力強(qiáng)。開關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)體現(xiàn)在電機(jī)某一相損壞，電機(jī)照樣可以運(yùn)行。 與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，開關(guān)磁阻電機(jī)在成本、效率、調(diào)速性能、單位體積功率、可靠性、散熱性等都具有明顯的優(yōu)勢(shì)或競(jìng)爭(zhēng)力。 如果說第一代開關(guān)磁阻電機(jī)（1983年研制）在小功率范圍的效率比高效變頻調(diào)速感

53、應(yīng)電動(dòng)機(jī)低，第二代開關(guān)磁阻電機(jī)（1988年研制）的效率已全面超過了高效變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。更難得的是，開關(guān)磁阻電機(jī)在寬廣的速度和功率范圍內(nèi)都能保持較高的效率，這是變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)難以比擬的。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要取得與直流電機(jī)相近的調(diào)速特性需采用復(fù)雜的矢量控制系統(tǒng)，而開關(guān)磁阻電機(jī)通過調(diào)整開通角、關(guān)斷角、電壓和電流，可以得到不同負(fù)載要求的機(jī)械特性，控制簡(jiǎn)單、靈活，能容易地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和四象限運(yùn)行，而且由于這是一種純邏輯的控制方式，很容易智能化，通過修改軟件調(diào)整電機(jī)工作特性滿足不同應(yīng)用要求。 由于開關(guān)磁阻電機(jī)固有的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，可能導(dǎo)致較大的噪聲和振動(dòng)，事實(shí)上這種情況的發(fā)生往往與電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的不合理相關(guān)，通過

54、優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)和控制策略，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和噪聲完全可以得到有效的抑制，正確認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用是很重要的。SRD Ltd.公司開發(fā)的伺服應(yīng)用開關(guān)磁阻電機(jī)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)僅為0.05%。近年研究的最優(yōu)勵(lì)磁控制策略、兩次換流控制策略、電機(jī)噪聲根源、定子振動(dòng)模態(tài)、定子固有頻率計(jì)算等成果對(duì)降低電機(jī)噪聲都有積極的促進(jìn)作用。隨著設(shè)計(jì)和制造水平的提高，噪聲必將進(jìn)一步降低。 三、開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用 近年來，開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展取得了明顯的進(jìn)步，已成功地應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器和紡織機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域，功率范圍從10W到5MW，最大速度高達(dá) r/min。 3.1 電動(dòng)車應(yīng)用 開關(guān)磁阻電機(jī)最初的應(yīng)

55、用領(lǐng)域就是電動(dòng)車。目前電動(dòng)摩托車和電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁無刷及永磁有刷兩種，然而采用開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)高能量密度和系統(tǒng)效率為關(guān)鍵指標(biāo)時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)變?yōu)槭走x對(duì)象。 SRD開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊牢固，適合于高速運(yùn)行，并且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單成本低、性能可靠，在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高，而且可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限控制。這些特點(diǎn)使SRD開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很適合電動(dòng)車輛的各種工況下運(yùn)行，是電動(dòng)車輛中極具有潛力的機(jī)種。SRD的最大特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，噪聲大；此外，相對(duì)永磁電機(jī)而言，功率密度和效率偏低；另一個(gè)缺點(diǎn)是要使用位置傳感器，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了可靠性。因此無傳感器的SRD也是未來的發(fā)展趨勢(shì)之一。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）開關(guān)磁阻電機(jī)不僅效率高，而且在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持高效率，這是其它類型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)難以達(dá)到的。這種特性對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)行情況尤為適合，有利于提高電動(dòng)車的續(xù)駛里程。 （2）開關(guān)磁阻電機(jī)很容易通過采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計(jì)滿足電動(dòng)車四象限運(yùn)行的要求，并且還能在高速運(yùn)行區(qū)域保持強(qiáng)有力的制動(dòng)能力。 （3）開關(guān)磁阻電機(jī)有很好的散熱特性，從而能以小的體積取得較大的輸出功率，減小電機(jī)體積和重量。 （4）通過調(diào)整開通