開關(guān)磁阻調(diào)速電動機應(yīng)用前景
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- 發(fā)布時間:2014/8/18 15:07:01
- 作者:tn_yinhe
開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(Switched Reluctance Drive,SRD)是二十世紀(jì)八十年代中期發(fā)展起來的新型無級調(diào)速系統(tǒng)。它將開關(guān)磁阻電機(Switched Reluctance Motor,簡稱 SRM)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)融為一體,是典型的機電一體化產(chǎn)品,既有異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點,又具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、高性能等優(yōu)良特性,成為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中的一支強有力的新軍,應(yīng)用前景十分廣闊。
一、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機簡介
1、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的構(gòu)成
開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的結(jié)構(gòu)簡單堅固,調(diào)速范圍寬,調(diào)速性能優(yōu)異,且在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率,系統(tǒng)可靠性高。主要包括開關(guān)磁阻電機、功率變換器、控制器、電流檢測與位置檢測器四部分組成結(jié)構(gòu)組成:
開關(guān)磁阻調(diào)速電動機組成
圖中,SR電機是開關(guān)磁阻調(diào)速電動機系統(tǒng)中實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件,也是該系統(tǒng)有別于其他電動機驅(qū)動系統(tǒng)的主要標(biāo)志,功率變換器向SR電機提供運轉(zhuǎn)所需的能量,由蓄電池和交流電整流后得到的直流電供電??刂破魇窍到y(tǒng)的中樞。它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息,控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài),實現(xiàn)對SR電機運行狀態(tài)的控制。電流檢測可以檢測到通過電機相繞組的電流大小,實現(xiàn)系統(tǒng)電流反饋。位置傳感器向控制器提供轉(zhuǎn)子位置及速度等信號,使控制器能正確地決定相繞組的導(dǎo)通和關(guān)斷時刻。
2、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的技術(shù)特點
?、匐姍C結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速和惡劣環(huán)境下運行
?、陔姍C各相獨立工作,系統(tǒng)可靠性高;
③高起動轉(zhuǎn)矩,低起動電流
?、芸煽貐?shù)多,調(diào)速性能好
?、葸m用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行
⑥效率高,損耗小
⑦功率電路簡單可靠;
⑧能實現(xiàn)四相限運行,具有較強的再生制動能力
二、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景
目前,國內(nèi)開始出現(xiàn)了以開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)為核心產(chǎn)品的公司,例如中紡銳力機電有限公司(原紡織機械研究所)將開關(guān)磁阻調(diào)速電動機應(yīng)用于毛巾印花機、卷布機,煤礦牽引車及電動車輛等,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益;北京渴望無限高科技有限公司則開發(fā)出了采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的洗衣機動力直驅(qū)技術(shù),取得廣闊的市場前景;美的集團(tuán)下屬的電機事業(yè)部建造了一條開關(guān)磁阻電機的生產(chǎn)線;此外有志于開關(guān)磁阻調(diào)速電動機市場化的公司還有北京通大華泉科技有限公司、江蘇貝得電機股份有限公司、湖北追日電氣公司、威海恒大電機集團(tuán)公司等,國內(nèi)開關(guān)磁阻調(diào)速電動機市場化的進(jìn)程進(jìn)入高速發(fā)展的時期。
開關(guān)磁阻調(diào)速電動機作為新一代無級調(diào)速系統(tǒng),具有良好的調(diào)速性能和高速運行特性,兼有直流傳動和普通交流傳動的優(yōu)點,正逐步應(yīng)用在家用電器、一般工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電動機、高速電動機、航天器械及汽車輔助設(shè)備等領(lǐng)域,成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力競爭者。
1、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在航空航天應(yīng)用方面
航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機用30kW開關(guān)磁阻起動/發(fā)電機系統(tǒng),額定電壓為270V,發(fā)動機功率為104.4kW,開關(guān)磁阻電機與渦輪發(fā)動機軸直接連接,起動運行時,電機可以從零升速至26000r/min,8000r/min以下時為13.56Nm的恒轉(zhuǎn)矩區(qū),8000r/min~26000r/min時為12.68kW的恒功率區(qū);發(fā)電運行時,電機速度變化范圍為27000~46850r/min,允許過速至52000r/min,額定功率為30kW時系統(tǒng)效率約為80%。實踐表明開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在航空航天等惡劣環(huán)境中具有較高的應(yīng)用價值。
2、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在電動車應(yīng)用方面
開關(guān)磁阻電機最開始的應(yīng)用領(lǐng)域就是電動車,采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機有其獨特的優(yōu)勢:
?、僭诤軐挼墓β屎娃D(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持高效率,有利于提高電動車的續(xù)駛里程,這是其它類型驅(qū)動系統(tǒng)難以達(dá)到的。
②很容易通過采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計滿足電動車四象限運行的要求,并且還能在高速運行區(qū)域保持強有力的制動能力。
③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。④很容易智能化,能通過重新編程或替換電路元件,方便地滿足不同運行特性的要求。
⑤維護(hù)簡單,適用于各種惡劣、高溫環(huán)境,具有良好的適應(yīng)性。
3、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在煤礦中的應(yīng)用
開關(guān)磁阻電機因其起動力矩大、起動電流小、可以頻繁重載起動,特別適用于礦井輸送機電牽引采煤機、中小型絞車等,電機及控制器結(jié)構(gòu)均較簡單,易于制成全封閉、防爆型, 特別適用于煤礦的惡劣的環(huán)境,還可通過改變控制軟件,適用于不同工況。
4、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在紡織行業(yè)中的應(yīng)用
在紡織行業(yè)的前紡工作中,進(jìn)口的抓棉機早改成為條狀式,其條狀工作臺對往復(fù)吸棉裝置的要求苛刻,而開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的原理和特點完全可以響應(yīng)作為吸棉裝置的傳動動力,這主要因為SRD電機可以在四象限之中進(jìn)行運行,即能按照指令實施順時針轉(zhuǎn)動、順時針制動、逆時針轉(zhuǎn)動、逆時針制動等四種狀態(tài)的運行與轉(zhuǎn)換。未來可以說SRD電機無論在系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的滿足上、可靠性上、性能價格比上均比其它調(diào)速系統(tǒng)占有明顯的優(yōu)勢,也必將是抓棉機的最理想的動力機械。
5、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在家電行業(yè)中的應(yīng)用
隨著人們生活水平的提高,空調(diào)、冰箱等家電已深入千家萬戶,而空調(diào)、冰箱的核心部件是壓縮機,近年來,壓縮機逐步由異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)取代單相異步電動機來驅(qū)動,但變頻調(diào)速系統(tǒng)在運行中、低速時,機械特性通常變差,系統(tǒng)效率和功率因素下降明顯,而開關(guān)磁阻調(diào)速電動機系統(tǒng)除了具有變頻調(diào)速系統(tǒng)的一系列優(yōu)點外,它具有比變頻調(diào)速系統(tǒng)更高的電能—機械能轉(zhuǎn)換效率,特別是在中、低轉(zhuǎn)速運行時,這一優(yōu)勢就更加明顯。
目前,對開關(guān)磁阻電機的開發(fā)呈研究與應(yīng)用并重趨勢,研究涉及電機、微電子、電力電子、微機控制、機械等領(lǐng)域,主要集中在對開關(guān)磁阻電機的設(shè)計、功率變換器的設(shè)計、控制器的設(shè)計三個方面,其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展之中。由于SRD本身復(fù)雜的非線性特點,導(dǎo)致其研究的困難性,在電機理論、性能分析和設(shè)計方面還不夠成熟、完善,還有大量工作要做,如電機控制參數(shù)的優(yōu)化、無位置傳感器在SRD應(yīng)用及新結(jié)構(gòu)SRM的開發(fā)等,這有待于我國從事SRD科研、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之士共同努力。