開關磁阻電機
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- 發(fā)布時間：2014/9/5 10:35:05
- 作者：銀河電氣
開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor, SRM）是隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)及數(shù)字計算機技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型無級調(diào)速電機，是典型的機電一體化產(chǎn)品。
《GB/T 2900.25-2008 電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電機》對磁阻電機定義如下：
磁阻電機 Reluctance machine
一種同步電機，其中一個部件（通常為靜止部件）上裝有互相適當排列的電樞繞組和勵磁繞組或永久磁鐵，而另一個部件（通常為旋轉(zhuǎn)部件）上沒有繞組，只具有若干規(guī)則的凸起部分。
由于利用了磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關控制，故稱為開關磁阻電動機。
一開關磁阻電機特征
“開關磁阻電機”一詞源于美國學者S.A.Nasar1969年撰寫的論文中，描述了開關磁阻電機的兩個基本特征：
1、 開關性---電機必須工作在連續(xù)的開關模式，這也是為什么繼各種新型功率半導體器件發(fā)展后開關磁阻電機才得以發(fā)展的主要原因。
2、 磁阻性---定、轉(zhuǎn)子具有可變磁阻回路。
二開關磁阻電機的結(jié)構(gòu)及工作原理
開關磁阻電機的定子和轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構(gòu)，即雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子、定子極數(shù)不相等，轉(zhuǎn)子和定子鐵芯由導磁良好的硅鋼片壓制而成，轉(zhuǎn)子鐵芯無繞組，定子凸極上有集中繞組。與普通電機一樣，轉(zhuǎn)子、定子之間有很小的氣隙，轉(zhuǎn)子可以在定子內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，開關磁阻電機根據(jù)轉(zhuǎn)子、定子極數(shù)不同可以有多種不同相數(shù)的結(jié)構(gòu)，比如定子有6個極，轉(zhuǎn)子有4個極，6/4結(jié)構(gòu)三相開關磁阻電機，如圖1所示。
圖1 6/4結(jié)構(gòu)三相開關磁阻電機
圖中，定子徑向相對的兩繞組串聯(lián)成一相，比如AX相、BY相、CZ相，轉(zhuǎn)子徑向的凸極構(gòu)成一組。由于定子極數(shù)與轉(zhuǎn)子極數(shù)不相等，所以定子極距和轉(zhuǎn)子的極距不相等，當任意相定子凸極中心線與轉(zhuǎn)子凸極中心線重合時，另外一組轉(zhuǎn)子凸極中性線與定子其他相凸極中性線錯開。
如圖2所示6/4結(jié)構(gòu)開關磁阻電機運轉(zhuǎn)截面圖，當A相接通電源產(chǎn)生磁通，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，此時由于A相繞組對應的定子凸極中性線與轉(zhuǎn)子凸極中性線不重合，磁阻不是最小，磁場就會產(chǎn)生拉力，牽引最近的轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，如圖2轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動100、200，直到轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)到300與A相繞組對應的定子凸極重合為止，此時磁阻最小。
圖2 開關磁阻電機工作原理示意圖
為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)到300之前就斷開A相電源，在300時接通B相電源，此時，B相繞組產(chǎn)生磁通，牽引最近轉(zhuǎn)子凸極繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動400、500，如圖3所示。
圖3 開關磁阻電機工作原理示意圖
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到600之前就切斷B相電源，在600時接通C相電源，C相繞組產(chǎn)生磁通，牽引最近轉(zhuǎn)子凸極逆時針轉(zhuǎn)動700、800，如圖4所示。
圖4 開關磁阻電機工作原理示意圖
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到900之前就切斷C相電源，在900時接通A相電源，回到圖2中所示的狀態(tài)，轉(zhuǎn)子就這樣不停的旋轉(zhuǎn)。
由工作原理可以看出，如果以圖2中00所示轉(zhuǎn)子相對于定子的位置為初始狀態(tài)，以A-B-C-A順序給相應的繞組通電，轉(zhuǎn)子則會逆時針轉(zhuǎn)動起來，若以B-A-C-B順序給繞組通電，轉(zhuǎn)子則會順時針旋轉(zhuǎn)起來，所以開關磁阻電機的轉(zhuǎn)向取決于相繞組的通電順序，與相繞組的通電方向無關。
開關磁阻電機通過開關晶體管向定子繞組供電，如圖5所示，BG1、BG2、BG3為三個開關晶體管，分別控制三相繞組的電流通斷，三極管旁邊的二極管起續(xù)流作用，由于相繞組電源切斷后產(chǎn)生的自感電流不會立即消失，二極管和三極管形成回路，使產(chǎn)生的自感電流在回路中以續(xù)流方式消耗。
圖5 功率變換器與三相繞組的連接示意圖
三開關磁阻電機的控制方式
開關磁阻電機的控制方式指電機運行時對一些參數(shù)進行控制，使電機達到理想的運行轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等，并使其保持較高的運行效率。開關磁阻電機控制方式主要是通過相繞組兩端電壓U、開通角θon和關斷角θoff三個可控參數(shù)進行控制?？刂品绞揭话惴譃椋?/div>
1、 角度控制方式：當施加于相繞組的電壓不變的情況下，調(diào)節(jié)開關器件的開通角θon和關斷角θoff的值，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。
2、 電流斬波控制方式：設定一電流上下限值，當檢測到相繞組電流達到該設定上限值時，關斷此繞組的開關器件，使電流下降；當相繞組電流降至該設定下限值時，導通此繞組開關器件，電流上升，反復通斷，使電流值在設定上下限值內(nèi)波動，防止過電流和電流峰值現(xiàn)象，這樣，電機轉(zhuǎn)速在負載的擾動下變化時，電機轉(zhuǎn)矩不會自動改變。
3、 電壓PWM控制方式：保持開通角θon和關斷角θoff不變，通過調(diào)節(jié)電壓的
PWM占空比來調(diào)節(jié)相繞組電壓，以改變相繞組電流，達到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目的。
為了確保各相繞組電流的準確開通和關斷，電機還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，使控制器通過對轉(zhuǎn)子的位置信號和控制參數(shù)，正確的決定各相繞組的通斷。
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