開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)課件.ppt

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)課件 作者 蔡維倫日期 2016 4 15 課件的內(nèi)容 一 MOTOR的種類二 SRD的特點(diǎn)及應(yīng)用三 SRD的驅(qū)動(dòng)原理四 SRD控制策略 note1 PMSM PermanentMagnetSynchronousMotor2 BLDC BrushlessDC3 BLAC BrushlessAC4 SRM SwitchedReluctanceMotor5 SynRm SynchronousReluctanceMotor 電機(jī) 交流電機(jī) 直流電機(jī) 感應(yīng)式電機(jī) 同步電機(jī) 通用電機(jī) 磁極電機(jī) 單相三相 永磁同步電機(jī) BLDC BLAC 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)同步磁阻電機(jī) 旋轉(zhuǎn)式 直線式 1 電機(jī)的種類 1 1兩類不同原理的電動(dòng)機(jī) 電機(jī)可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理劃分 電磁作用原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī) 磁阻變化原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī) 運(yùn)動(dòng)是定 轉(zhuǎn)子兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果 相互作用產(chǎn)生使兩個(gè)磁場(chǎng)趨于同向的電磁轉(zhuǎn)矩 這類似于兩個(gè)磁鐵的同極性相排斥 異極性相吸引的現(xiàn)象 目前大部分電機(jī)都是遵循這一原理 例如一般的直流電機(jī)和交流電機(jī) 運(yùn)動(dòng)是由定 轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的 當(dāng)定子繞組通電時(shí) 產(chǎn)坐一個(gè)單相磁場(chǎng) 其分鈾要遵循 磁阻最小原則 即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合 因此 當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不重合時(shí) 便會(huì)有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使其趨向于磁阻最小的位置 即兩軸線重合位置 這類似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)就是屬于這一類型的電機(jī) 1 2交流永磁同步電機(jī) 1 2 1交流永磁同步電機(jī)控制結(jié)構(gòu) 1 2 2交流永磁同步電機(jī)控制原理 電磁場(chǎng) 1 2 3交流永磁同步電機(jī)控制要求 到日前為止 在SRD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制方面 英國(guó)一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位 除英國(guó)外 美國(guó) 中國(guó) 加拿大 印度 韓國(guó)等國(guó)家也都開(kāi)展了SRD系統(tǒng)的研究工作 從此 世界上大批學(xué)者投入到SR電機(jī)的研究領(lǐng)域 1980年 Lawrenson及其同事在ICEM會(huì)議上 發(fā)表著名論文 開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)地介紹了他們的工作成果 闡述了SR電機(jī)的原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 在國(guó)際上奠定了現(xiàn)代SR電機(jī)的地位 這也標(biāo)志著SRD正式得到國(guó)際認(rèn)證 最早文獻(xiàn)卻可追溯到1838年 英格蘭學(xué)者Davidson制造了一臺(tái)用以推動(dòng)蓄電池機(jī)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 70年代左右 英國(guó)Leeds大學(xué)步進(jìn)電機(jī)和磁阻電機(jī)研究小組首創(chuàng)了一臺(tái)現(xiàn)代開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的雛形 2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展歷史 通過(guò)30多年的研究和改進(jìn) SRD的性能不斷提高 目前已能在數(shù)百瓦到數(shù)百千瓦的功率范圍內(nèi)使其性能不低于其他形式的電機(jī) 2 1SRD的應(yīng)用 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) SwitchedReluctanceDrive SRD 是繼變頻調(diào)速系統(tǒng) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)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) 它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流 交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 英 美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)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 2 2 2 3總體影響 2 4SRD機(jī)械結(jié)構(gòu) 下面通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)原理模型來(lái)介紹工作原理 電機(jī)的定子鐵芯有六個(gè)齒極 由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制 電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯有四個(gè)齒極 由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制 由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極 這種形式也稱為雙凸極結(jié)構(gòu) 在定子齒極上繞有線圈 定子繞組 用來(lái)向電機(jī)提供工作磁場(chǎng) 在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有線圈 這是磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn) 2 5電動(dòng)機(jī)定 轉(zhuǎn)子實(shí)際結(jié)構(gòu) 2 6 2 6 1 2 6 1 2 7開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) SRD電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組 永磁體 滑環(huán)等 定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組 繞組端部較短 沒(méi)有相間跨接線 因此SR電機(jī)的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單 SR電機(jī)的材料利用系數(shù)高 與直流電機(jī)甚至感應(yīng)電機(jī)相比 體積小 堅(jiān)固 維護(hù)量小 由于SR電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān) 只需要單方向的電流激勵(lì) 因此在理論上功率變換器電路中每相可以只用一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件 而且每個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件都與電機(jī)繞組串聯(lián) 不會(huì)出現(xiàn)像交流電機(jī)PWM逆變器那樣有電源直通短路的危險(xiǎn) 所以功率變換器電路簡(jiǎn)單 可靠性高 SR電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組 系統(tǒng)在低速運(yùn)行時(shí) 不僅轉(zhuǎn)矩大 而且轉(zhuǎn)子發(fā)熱不嚴(yán)重 SRD系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電流的導(dǎo)通 斷開(kāi)以及電流幅值等的控制 易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng) 四象限運(yùn)行和寬廣的恒功率范圍 SRD系統(tǒng)的容錯(cuò)能力強(qiáng) 在缺相的情況下仍然能可靠運(yùn)行 SR電機(jī)原有的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大 噪聲大的缺點(diǎn)通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步也已經(jīng)可以解決 19 2 7 1SRD的特點(diǎn) 2 8 2 8 1 電動(dòng)汽車用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 三相SRM 五相SRM 2 8 3 2 9SRD的研究方向 SR電機(jī)設(shè)計(jì)研究 1 減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及噪聲 電機(jī)的振動(dòng)的研究2 相數(shù)的研究與選擇3 電機(jī)鐵耗 效率分析SR電機(jī)的控制策略研究 最優(yōu)控制 減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 降低噪聲具有較高動(dòng)態(tài)性能 算法簡(jiǎn)單 可抑制參數(shù)變化 擾動(dòng)及各種不確定性干擾的新型控制策略智能控制策略SR電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制SR電機(jī)的振動(dòng) 噪聲研究SR電機(jī)應(yīng)用研究 電動(dòng)車 發(fā)電機(jī) 一體化電機(jī)等變換器方案確定和主開(kāi)關(guān)元器件選擇微處理器和專用集成電路的應(yīng)用 工作原理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原理 在講電動(dòng)機(jī)工作原理時(shí)常用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力來(lái)解釋電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的道理 磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組 那是靠什么力推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)呢 磁阻電動(dòng)機(jī)是利用磁阻最小原理 也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合 利用磁引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 下面通過(guò)圖示來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)子的工作原理 下面是磁阻電動(dòng)機(jī)的正視圖 定子六個(gè)齒極上繞有線圈 徑向相對(duì)的兩個(gè)線圈是連接在一起的 組成一 相 該電機(jī)有3相 結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱該電機(jī)為三相6 4結(jié)構(gòu) 在下圖標(biāo)注的A B C相線圈僅為后面分析磁路帶來(lái)方便 并不是連接三相交流電 在下面有一組磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理動(dòng)畫(huà)的截圖 從中我們將看到磁阻電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的 圖中紅色的線圈是通電線圈 黃色的線圈沒(méi)有電流通過(guò) 通過(guò)定子與轉(zhuǎn)子的深藍(lán)色線是磁力線 把轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)角定為0度 從左面圖起 A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通 磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯 磁力線可看成極有彈力的線 在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了10度的圖 右面圖是轉(zhuǎn)到20度的圖 磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度為止 到了30度轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng) 此時(shí)磁路最短 3 1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原理 為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度前已切斷A相電源在30度接通B相電源 磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯 見(jiàn)下左圖 于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到40度的圖 右面圖是轉(zhuǎn)到50度的圖 磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度為止 在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度前切斷B相電源在60度時(shí)接通C相電源 磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯 見(jiàn)下左圖 轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到70度的圖 右面圖是轉(zhuǎn)到80度的圖 磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度為止 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度前切斷C相電源 轉(zhuǎn)子在90度的狀態(tài)與前面0度開(kāi)始時(shí)一樣 重復(fù)前面過(guò)程 接通A相電源 轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 這樣不停的重復(fù)下去 轉(zhuǎn)子就會(huì)不停的旋轉(zhuǎn) 這就是磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理 由于是運(yùn)用了利用磁阻最小原理 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(kāi)關(guān)控制 故稱為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 3 1 1開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原理 向線圈供電的開(kāi)關(guān)是用開(kāi)關(guān)晶體管進(jìn)行的 下面就是三相線圈與開(kāi)關(guān)晶體管的連接示意圖 BG1 BG2 BG3是三個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管 分別控制三相線圈A B C的電流通斷 三極管旁邊并聯(lián)的二極管是用來(lái)續(xù)流的 由于電機(jī)靠磁阻工作 跟磁通方向無(wú)關(guān) 即跟電流方向無(wú)關(guān) 故在上面運(yùn)行圖中沒(méi)有標(biāo)明磁力線的方向 A B C各相線圈輪流通電似乎簡(jiǎn)單 實(shí)際情況要復(fù)雜些 線圈切斷電源后產(chǎn)生的自感電流不會(huì)立即消失 要提前關(guān)斷電源進(jìn)行續(xù)流 為加大力矩相鄰相線圈有電流的時(shí)間會(huì)有部分重合 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩也要調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間 各相線圈開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間與轉(zhuǎn)子定子間的相對(duì)位置直接相關(guān) 故電機(jī)還裝有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置為準(zhǔn)時(shí)開(kāi)關(guān)各相線圈電流提供依據(jù) 何相線圈何時(shí)通斷必須根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到的位置與控制參數(shù)決定 3 1 2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原理 3 1 3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性以上分析都是在線性條件下進(jìn)行的 實(shí)際電機(jī)磁路為非線性 磁場(chǎng)分布 3 2SRD交流電機(jī)控制原理 3 2 1SRM功率變換器 功率變換器是直流電源和SRM的接口 起著將電能分配到SRM繞組中的作用 同時(shí)接受控制器的控制 由于SRM遵循 最小磁阻原理 工作 因此只需要單極性供電的功率變換器 功率變換器應(yīng)能迅速?gòu)碾娫唇邮茈娔?又能迅速向電源回饋能量 對(duì)功率變換器主電路的要求 1 較少數(shù)量的主開(kāi)關(guān)元件 2 可將全部電源電壓加給電動(dòng)機(jī)相繞組 3 主開(kāi)關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)接近 4 具備迅速增加相繞組電流的能力 5 可通過(guò)主開(kāi)關(guān)器件調(diào)制 有效地控制相電流 6 能將能量回饋給電源 3 3主電路常見(jiàn)形式 1 雙開(kāi)關(guān)型 每相有兩只主開(kāi)關(guān)和兩只續(xù)流二極管 當(dāng)兩只主開(kāi)關(guān)VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通時(shí) 電源US向電機(jī)相繞組供電 當(dāng)VT1和VT2同時(shí)關(guān)斷時(shí) 將電機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能以電能形式迅速回饋電源 實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相 雙開(kāi)關(guān)型電路特點(diǎn) 1 適用于任意相數(shù)SR電機(jī)2 相控獨(dú)立性 獨(dú)立3 相電壓 電源電壓4 器件數(shù)量多 我司三相SRD12 8極電機(jī)常采用雙開(kāi)關(guān)型主電路 雙開(kāi)關(guān)型主電路又稱為不對(duì)稱半橋型主電路 3 3主電路常見(jiàn)形式 2雙繞組型電路特點(diǎn) 主開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通時(shí) 電源對(duì)主繞組A供電 當(dāng)其關(guān)斷時(shí) 靠磁耦合將主繞組A的電流轉(zhuǎn)移到副繞組 通過(guò)二極管D1續(xù)流 向電源回饋電能 實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相 早期使用的雙繞組結(jié)構(gòu) 每相有主 副兩個(gè)繞組 主 副繞組雙線并繞 同名端反接 其匝數(shù)比為1 1 3 3主電路常見(jiàn)形式 雙繞組型缺點(diǎn) 1 由于主 副繞組之間不可能完全耦合 在S1關(guān)斷的瞬間 因漏磁及漏感作用 其上會(huì)形成較高的尖峰電壓 故S1需要有良好的吸收回路 2 由于采用主 副兩個(gè)繞組 因而電機(jī)槽及銅線利用率低 銅耗增加 體積增大 優(yōu)點(diǎn) 適用于任何相數(shù)的SRM 尤其適宜于低壓直流電源供電場(chǎng)合 3 3主電路常見(jiàn)形式 3電容分壓型 電源分裂式 兩個(gè)相串聯(lián)的電容C1和C2將電源電壓一分為二 構(gòu)成中點(diǎn)電位 每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)S和一只續(xù)流二極管D 當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí) 上側(cè)電容C1對(duì)A相繞組放電 電源對(duì)A相供電 經(jīng)下側(cè)電容C2構(gòu)成回路 當(dāng)S1關(guān)斷時(shí) A相電流經(jīng)D1續(xù)流 向下側(cè)電容C2充電 3 3主電路常見(jiàn)形式 電容分壓型電路的特點(diǎn) 1 只適用于偶數(shù)相SR電機(jī)2 主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3 相控獨(dú)立性 不獨(dú)立4 電源利用率低 每相電壓為電源電壓的1 2 5 需限制中點(diǎn)電位漂移 3 3主電路常見(jiàn)形式 H橋型 該變換器比四相電容分壓型功率變換器主電路少了兩個(gè)串聯(lián)的分壓電容 換相相的磁能以電能形式一部分回饋電源 另一部分注入導(dǎo)通相繞組 引起中點(diǎn)電位的較大浮動(dòng) 它要求每一瞬間必須上 下各有一相導(dǎo)通 工作制 AB BC CD DA 3 3主電路常見(jiàn)形式 H橋型電路的特點(diǎn) 1 只適用于4的倍數(shù)相SR電機(jī)2 主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3 相控獨(dú)立性 不獨(dú)立4 相繞組電壓浮動(dòng)5 本電路特有的優(yōu)點(diǎn) 可以實(shí)現(xiàn)零壓續(xù)流 提高系統(tǒng)的控制性能 H橋型電路為4相SR電機(jī)最常用的主電路形式 3 3主電路常見(jiàn)形式 3 4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相數(shù)與結(jié)構(gòu) 相數(shù)與級(jí)數(shù)關(guān)系 1 為了避免單邊磁拉力 徑向必須對(duì)稱 所以雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應(yīng)為偶數(shù) 2 定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等 但應(yīng)盡量接近 因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí) 就可能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率 這是提高電機(jī)出力的重要因素 SR電動(dòng)機(jī)常用的相數(shù)與極數(shù)組合 相數(shù)3456789定子極數(shù)681012141618轉(zhuǎn)子極數(shù)46810121416步進(jìn)角 度 3015964 283 212 5 3 5SR電機(jī)常用方案 相數(shù)與轉(zhuǎn)矩 性能關(guān)系 相數(shù)越大 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小 但成本越高 故常用三相 四相 還有人在研究?jī)上?單相SRM低于三相的SRM沒(méi)有自起動(dòng)能力 4 5 phase10statorpole 8rotorpole 利用永磁體輔助起動(dòng)的單相SR電動(dòng)機(jī) 3 6SR電機(jī)基本方程與性能分析 不計(jì)磁滯 渦流及繞組間互感時(shí) m相SR電機(jī)系統(tǒng)示意圖J 轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 電路方程 第k相繞組的相電壓平衡方程 3 6 1磁鏈方程 所以 為電磁轉(zhuǎn)矩 Wf為磁場(chǎng)儲(chǔ)能 wr為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度 如果忽略繞組電阻R 則上面的方程可寫(xiě)為 3 6 1磁鏈方程 3 6 2轉(zhuǎn)矩方程 3 6 3基本控制策略A 低速時(shí)的電流斬波控制 Currentchoppingcontrol CCC 在電感很小時(shí)使繞組開(kāi)通 電流快速上升 為防止電流過(guò)大而損壞電機(jī) 當(dāng)電流達(dá)到最大值Imax時(shí) 使繞組關(guān)斷 電流開(kāi)始衰減 當(dāng)電流衰減咸至Imin時(shí) 繞組重新開(kāi)通 在最大電感出現(xiàn)之前必須將繞組關(guān)斷 以免電流延續(xù)到負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū) B 高速時(shí)的角度位置控制 Angularpositioncontrol APC 高速時(shí) 由于反電勢(shì)大 電流受到限制 上升較慢 當(dāng)?shù)竭_(dá)最大值后 因電感的增加 電流返而下降 同樣 為避免電流延續(xù)到負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū) 繞組要在電感到達(dá)最大值之前關(guān)斷 速度越高 要關(guān)斷的越早 3 6 3基本控制策略 3 6 3基本控制策略 C 電壓斬波控制 VoltageControl 簡(jiǎn)稱VC 在導(dǎo)通區(qū)間內(nèi) 使功率開(kāi)關(guān)按PWM方式工作 其脈沖周期T固定 占空比T可凋 在Tt內(nèi) 繞組加正電壓 T內(nèi)加零電壓或反電壓 改變占空比 則繞組電壓的平均值U變化 繞組電流也相應(yīng)變化 從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié) 這就是電壓斬波控制 3 6 4當(dāng)前基本控制策略 選擇和應(yīng)用 1 高速角度控制 低速電流斬波控制低速電流斬波控制電流脈沖窄而尖 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流峰值大 若采用電流斬波控 則在aoff后 續(xù)流過(guò)程較長(zhǎng) 影響出力和效率 解決方法是在低速電流斬波控制時(shí)結(jié)合角度控制 當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí) 使 off適當(dāng)提前 2 變角度電壓斬波控制電壓斬波調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 并使 on和 off隨轉(zhuǎn)速改變 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)工作 希望盡量將電流波形置于電感上升段 由于電流的建立過(guò)程和續(xù)流消失的過(guò)程需要一定的時(shí)間 因而電流波形總比通電區(qū)域 on off有所滯后 轉(zhuǎn)速越高 通電區(qū)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間越短 電流波形滯后越多 因此要求通電區(qū)間提前的角度就越多 此控制方式轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大 高低速均有較好的電動(dòng)機(jī)性能 亦不存在兩種控制方式的轉(zhuǎn)換問(wèn)題 缺點(diǎn)是控制方式的實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜 對(duì)功率開(kāi)關(guān)的工作頻率要求較高 否則斬波噪聲較大 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 線性模型 不計(jì)磁路飽和 假定繞組電感與電流無(wú)關(guān) 此時(shí)電感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān) 10 2 3 0 4 5 SR電機(jī)相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化 1位置 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 1 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 0o位置 定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 0o 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 2位置 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 2 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 3位置 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 rotor 3 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 4位置 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 4 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 5位置 rotor 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 5 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 10 2 3 0 4 5 0定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 1 5 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 2轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 3轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 4轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 K Lmax Lmin 3 2 Lmax Lmin s 特征 隨定 轉(zhuǎn)子磁極重疊的增加和減少 相電感在Lmax和Lmin之間線性地變化 Lmin為定子磁極軸線對(duì)轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感 Lmax定子磁極軸線對(duì)轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 3 6 5理想線性模型的SR電動(dòng)機(jī)分析 3 7相電流解析分析 第k相繞組模型 3 7相電流解析分析 on 2 在電感上升前開(kāi)通 迅速建立電流 以獲得足夠轉(zhuǎn)矩 2 電感上升 使繞組電流下降 off 3 在電感達(dá)最大之前 繞組關(guān)斷 繞組續(xù)流 3 z 4 z 2 off on 在電感下降之前 續(xù)流結(jié)束 否則會(huì)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩 3 8典型電流波形 不同開(kāi)通角下電流波形 開(kāi)通角越小 電流幅值越大 續(xù)流時(shí)間越長(zhǎng) 不同關(guān)斷角下電流波形 3 8典型電流波形 變化趨勢(shì) 結(jié)構(gòu)一定 在 on和 off不變時(shí) 繞組電流隨外加電壓的增大而增大 隨轉(zhuǎn)速的升高而減小 通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)角和關(guān)斷角也可以影響繞組電流 從而就間接地使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大 影響繞組電流的因素 外加電源電壓Us 角速度 r 開(kāi)通角 on 關(guān)斷角 off 最大電感Lmax 最小電感Lmin 定子極弧 s等 線性模型忽略了許多因素 計(jì)算結(jié)果誤差很大 只能定性地說(shuō)明影響電流 轉(zhuǎn)矩的因素 3 8典型電流波形 SR電機(jī)的基速 SR電機(jī)的固有機(jī)械特性類似與直流電機(jī)的串勵(lì)特性 對(duì)給定SR電機(jī) 在最高電壓Us和最大允許電流條件下 存在一個(gè)臨界角速度 即SR電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度 稱為基速 3 9SR電機(jī)固有機(jī)械特性 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程 式中Te 電磁轉(zhuǎn)矩 J 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 K 摩擦系數(shù) TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 4SR電機(jī)控制策略 基速以下 電流斬波控制 CCC 輸出恒轉(zhuǎn)矩 可控量為 Us on off 控制法1 固定 on off 通過(guò)電流斬波限制電流 得到恒轉(zhuǎn)矩 控制法2 固定 on off 由速度設(shè)定值和實(shí)際值之差調(diào)制Us 進(jìn)而改變轉(zhuǎn)矩 基速以上 角度位置控制 APC 輸出恒功率 設(shè)定電流上 下幅值的斬波圖 設(shè)定電流上限和關(guān)斷時(shí)間斬波圖 4SR電機(jī)控制策略 控制方式的合理選擇 4SR電機(jī)控制策略 SR電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)運(yùn)行 四相SR電動(dòng)機(jī)的矩角特性 兩相起動(dòng)時(shí)合成轉(zhuǎn)矩波形 SR電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行控制 SR電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理 4SR電機(jī)控制策略 制動(dòng)狀態(tài)下L i Te與轉(zhuǎn)子位置角 的關(guān)系