開關(guān)磁阻電機(jī)
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- 發(fā)布時(shí)間：2014/9/5 10:35:05
- 作者：銀河電氣
開關(guān)磁阻電機(jī)（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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型無級(jí)調(diào)速電機(jī)，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
《GB/T 2900.25-2008 電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電機(jī)》對(duì)磁阻電機(jī)定義如下：
磁阻電機(jī) Reluctance machine
一種同步電機(jī)，其中一個(gè)部件（通常為靜止部件）上裝有互相適當(dāng)排列的電樞繞組和勵(lì)磁繞組或永久磁鐵，而另一個(gè)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(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)。
一開關(guān)磁阻電機(jī)特征
“開關(guān)磁阻電機(jī)”一詞源于美國學(xué)者S.A.Nasar1969年撰寫的論文中，描述了開關(guān)磁阻電機(jī)的兩個(gè)基本特征：
1、 開關(guān)性---電機(jī)必須工作在連續(xù)的開關(guān)模式，這也是為什么繼各種新型功率半導(dǎo)體器件發(fā)展后開關(guān)磁阻電機(jī)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(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
開關(guān)磁阻電機(jī)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(dǎo)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(jī)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(guān)磁阻電機(jī)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(gè)極，轉(zhuǎn)子有4個(gè)極，6/4結(jié)構(gòu)三相開關(guān)磁阻電機(jī)，如圖1所示。
圖1 6/4結(jié)構(gòu)三相開關(guān)磁阻電機(jī)
圖中，定子徑向相對(duì)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(dāng)任意相定子凸極中心線與轉(zhuǎn)子凸極中心線重合時(shí)，另外一組轉(zhuǎn)子凸極中性線與定子其他相凸極中性線錯(cuò)開。
如圖2所示6/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)截面圖，當(dāng)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(shí)由于A相繞組對(duì)應(yīng)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(chǎng)就會(huì)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)100、200，直到轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)到300與A相繞組對(duì)應(yīng)的定子凸極重合為止，此時(shí)磁阻最小。
圖2 開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理示意圖
為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)到300之前就斷開A相電源，在300時(shí)接通B相電源，此時(shí)，B相繞組產(chǎn)生磁通，牽引最近轉(zhuǎn)子凸極繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)400、500，如圖3所示。
圖3 開關(guān)磁阻電機(jī)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(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)700、800，如圖4所示。
圖4 開關(guān)磁阻電機(jī)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(shí)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(duì)于定子的位置為初始狀態(tài)，以A-B-C-A順序給相應(yīng)的繞組通電，轉(zhuǎn)子則會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)起來，若以B-A-C-B順序給繞組通電，轉(zhuǎn)子則會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)起來，所以開關(guān)磁阻電機(jī)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(guān)。
開關(guān)磁阻電機(jī)通過開關(guān)晶體管向定子繞組供電，如圖5所示，BG1、BG2、BG3為三個(gè)開關(guān)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(huì)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(guān)磁阻電機(jī)的控制方式
開關(guān)磁阻電機(jī)的控制方式指電機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行控制，使電機(jī)達(dá)到理想的運(yùn)行轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等，并使其保持較高的運(yùn)行效率。開關(guān)磁阻電機(jī)控制方式主要是通過相繞組兩端電壓U、開通角θon和關(guān)斷角θoff三個(gè)可控參數(shù)進(jìn)行控制?？刂品绞揭话惴譃椋?/div>
1、 角度控制方式：當(dāng)施加于相繞組的電壓不變的情況下，調(diào)節(jié)開關(guān)器件的開通角θon和關(guān)斷角θoff的值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。
2、 電流斬波控制方式：設(shè)定一電流上下限值，當(dāng)檢測(cè)到相繞組電流達(dá)到該設(shè)定上限值時(shí)，關(guān)斷此繞組的開關(guān)器件，使電流下降；當(dāng)相繞組電流降至該設(shè)定下限值時(shí)，導(dǎo)通此繞組開關(guān)器件，電流上升，反復(fù)通斷，使電流值在設(shè)定上下限值內(nèi)波動(dòng)，防止過電流和電流峰值現(xiàn)象，這樣，電機(jī)轉(zhuǎn)速在負(fù)載的擾動(dòng)下變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩不會(huì)自動(dòng)改變。
3、 電壓PWM控制方式：保持開通角θon和關(guān)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(dá)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(zhǔn)確開通和關(guān)斷，電機(jī)還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置，使控制器通過對(duì)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)和控制參數(shù)，正確的決定各相繞組的通斷。
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