chap09雙凸極電機驅動系統(tǒng).ppt

雙凸極電機驅動系統(tǒng),一、開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor) 1. 結構特點,a. 定子和轉子均為凸極結構； b. 定子上空間相對的兩個極上的線圈串聯或并聯構成一相繞組; c. 轉子上無繞組; d. 最常見的組合為6/4極，8/6極或12/8極。,定子6極，轉子4極,定子8極，轉子6極,定子12 極，轉子8極,開關磁阻電機驅動系統(tǒng)組成框圖,2. 工作原理,1 當轉子齒正對定子槽時，繞組電感有最小值； 2 當轉子齒與定子齒對齊時，繞組電感有最大值； 3 當轉子旋轉時，繞組電感隨之變化。,開關磁阻電機的運行原理是“磁阻最小原則”。 在圖示位置，當給B相繞組通電，轉子將傾向于順時針方向旋轉，使磁路磁阻減小，直至轉子齒2與定子齒B完全重合。然后，B相斷開，A相通電，轉子磁阻轉矩將進一步使轉子向前轉動至轉子齒1與A相重合。 轉矩方向總是朝著最接近的定轉子齒重疊的位置。按B-A-D-C順序通電，轉子將按順時針方向連續(xù)旋轉,為電磁轉矩，Wf為磁場儲能,wr為轉子機械角速度,由轉矩公式可知： 開關磁阻電機的轉矩大小與電流平方成正比，因此轉矩方向與電流方向無關，故可以采用單極性電流供電； 轉矩與繞組電感對轉子位置角的變化率成正比。因此，只有當繞組電感隨轉子位置角而增大時，給繞組通電才能產生正向電動轉矩。當電感隨轉子位置角而下降時，如繞組中仍有電流，則將產生制動轉矩； 相繞組關斷后繞組電流不能突變?yōu)榱悖幸粋€延續(xù)過程。為防止繞組電流延續(xù)到負轉矩區(qū)，必須在繞組電感開始下降之前提前關斷繞組。,3 基本控制策略 A. 低速時的電流斬波控制（Current chopping control- CCC),在電感很小時使繞組開通，電流快速上升。為防止電流過大而損壞電機，當電流達到最大值 Imax 時，使繞組關斷；電流開始衰減，當電流衰減咸至Imin 時，繞組重新開通。 在最大電感出現之前必須將繞組關斷，以免電流延續(xù)到負轉矩區(qū)。,B. 高速時的角度位置控制（Angular position control-APC),高速時，由于反電勢大，電流受到限制，上升較慢。當到達最大值后，因電感的增加，電流反而下降。 同樣，為避免電流延續(xù)到負轉矩區(qū)，繞組要在電感到達最大值之前關斷。速度越高，要關斷的越早。,典型機械特性,4 功率變換電路,每相一個開關管,四相驅動電路（每相二個開關管）,5 開關磁阻電機的非線性特性 以上分析都是在線性條件下進行的。實際電機磁路為非線性。,磁場分布,非線性電感,非線性轉矩,6 開關磁阻電機的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 結構簡單，無刷，轉子上無繞組和永磁體，可靠性高； 采用集中式繞組，繞組端部短，省銅，繞組電阻小，效率高； 因轉矩與電流方向無關，可用單極性電流供電，故功率變換器可簡化，每相可用一個功率器件，不僅降低了成本，還避免了上、下橋臂直通問題。 缺點： 由于只有當電感變化率為正時繞組才能導通，一個周期中只有半個得到利用，因此系統(tǒng)效率和材料利用率相對較低； 定子繞組既要提供有功電流，又要提供無功電流，增大,了繞組和功率變換器的VA容量；無功（勵磁）電流在繞組和功率器件中產生損耗，降低了系統(tǒng)效率； 由于開關磁阻電機的繞組電感較大，并且繞組關斷時電感處于電感最大值位置，關斷后電流衰減慢，很容易延續(xù)到負轉矩區(qū)，因此繞組需要提前關斷，速度越高，提前量就要越大，使繞組有效導通區(qū)間減速小，削弱了電機的出力； 因定轉子為雙凸極結構，轉矩脈動分量較大，會引起振動和噪聲。,二、雙凸極永磁電機（Doubly salient permanent magnet motor-DSPM motor) 1 結構特點,定轉子均為凸極結構； 定子齒上裝有集中式繞組； 轉子上既沒有繞組，也沒有永磁體適合高速運行； 定子上裝有永磁體結構穩(wěn)定，易于冷卻； 由于主磁路中放有兩塊磁導率與空氣相近的永磁體，繞組電感比SR電機要小很多。,8/6極DSPM電機截面圖,6/4-pole DSPM motor,12/8-pole DSPM motor,2 工作原理 當轉子齒進入定子齒下時，該定子繞組的磁鏈和電感均隨之增加，當轉子齒與定子齒完全重合時，磁鏈有最大值；當轉子齒離開定子齒時，磁鏈隨之減小，當轉子齒對著定子槽時，磁鏈有最小值。,忽略銅耗和鐵耗，則電磁功率為：,每相電磁轉矩為：,Tpm為永磁磁鏈與電樞電流相互作用產生的永磁轉矩；Tr為繞組電感變化而產生的磁阻轉矩，因電感很小，磁阻轉矩分量較小，永磁轉矩占主導地位。,當磁通變化率為正時，通入正電流，產生正轉矩； 當磁通變化率為負時，通入負電流，仍產生正轉矩。 可見，一個周期內兩個區(qū)間均得到利用，所以，DSPM電機的功率密度高，材料利率高。 DSPM電機需要雙極性電流供電。,6/4極DSPM電機的轉矩（每相值）,3 基本控制策略 低速時的電流斬波控制（Current chopping control-CCC),高速時的角度位置控制（Angular position control-APC),在正半周，因永磁磁鏈和電感的變化率均為正，電流上升較慢。 在負半周，因開始時的反電勢較大，電流變化較慢，但到負半周的后部，因反電勢變小，電感也較小，電流快速增加到很大的數值，為免電流過大，仍需進行斬波限流。,4 功率變換電路 為獲得雙極性電流，基本的功率變換電路有兩種：一是每相一個全橋電路。每相需要四個功率器件，繞組電壓就等 于直流電源電壓。,全橋功率變換器,二是帶分裂電容的半橋功率變換器。 用兩個電容將直流電壓一分為二； 繞組電壓等于直流電壓的一半； 每相需要二個功率器件。,5 轉子位置傳感 器,8/6極DSPM電機位置傳感器,位置信號與磁鏈之間的關系,6 控制系統(tǒng)構成,非線性特性,PM flux linkage,Self-