第二章開關(guān)磁阻電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng).doc

南 京 航 空 航 天大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文第二章開關(guān)磁阻電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)2.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展概況磁阻式電機(jī)誕生于160年前，一直被認(rèn)為是一種性能不高的電機(jī)。然而通過近20年的研究與改進(jìn)，使磁阻式電機(jī)的性能不斷提高，目前已能在較大功率范圍內(nèi)不低于其它型式的電機(jī)9。70年代初，美國福特電動(dòng)機(jī)（Ford Motor）公司研制出最早的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)為軸向氣隙電動(dòng)機(jī)、晶閘管功率電路，具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速的能力，特別適用于蓄電池供電的電動(dòng)車輛的傳動(dòng)。70年代中期，英國里茲（Leeds）大學(xué)和諾丁漢（Nottingham）大學(xué)，共同研制以電動(dòng)車輛為目標(biāo)的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。樣機(jī)容量從10W至50KW，轉(zhuǎn)速從750 r/min至10000 r/min，其系統(tǒng)效率和電機(jī)利用系數(shù)等主要指標(biāo)達(dá)到或超過了傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，在電氣傳動(dòng)界引起了不小的反響。在很多性能指標(biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過了工業(yè)中長期廣泛使用的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)外已有眾多高校、研究所和企業(yè)投入了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究、開發(fā)和制造工作。至今已推出了不同性能、不同用途的幾十個(gè)系列的產(chǎn)品，應(yīng)用于紡織、冶金、機(jī)械、汽車等行業(yè)中。目前，在汽車行業(yè)意大利FIAT公司研制的電動(dòng)車和中國第二汽車制造廠研制的電動(dòng)客車都采用了開關(guān)磁阻電機(jī)。SRM是沒有任何形式的轉(zhuǎn)子線圈和永久磁鐵的無刷電動(dòng)機(jī)，它的定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極都是凸的。由于SRM具有集中的定子繞組和脈沖電流，其功率變換器可以采用更可靠的電路拓?fù)湫问健RM具有簡單可靠、在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行、控制靈活、可四象限運(yùn)行、響應(yīng)速度快、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，這是其它調(diào)速系統(tǒng)難以比擬的，作為具有潛力的電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)日益受到重視。然而目前SRM還存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大、需要位置檢測器、系統(tǒng)非線性等缺點(diǎn)，所以，它的廣泛應(yīng)用還受到限制。2.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)為定、轉(zhuǎn)子雙凸極可變磁阻電機(jī)。其定、轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片疊壓而成，定、轉(zhuǎn)子沖片上均沖有齒槽，構(gòu)成雙凸極結(jié)構(gòu)。按照定、轉(zhuǎn)子的齒槽的多少，形成不同極數(shù)的開關(guān)磁阻電機(jī)。為避免單相磁拉力，徑向必須對(duì)稱，故定子極數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)應(yīng)該為偶數(shù)。一般來說，極數(shù)和相數(shù)越多，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，運(yùn)行更平穩(wěn)，但同時(shí)也增加了電機(jī)的復(fù)雜性，特別是功率電路的成本提高。圖2.1 是三相（6/4）SR電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖。轉(zhuǎn)子無繞組，也無永磁體，定子極上有集中繞組，并根據(jù)對(duì)應(yīng)磁極的繞組相互串聯(lián)，形成A、B、C三相繞組。其運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理”磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。當(dāng)某相繞組通電時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)使鄰近轉(zhuǎn)子極與該相繞組軸線重合的電磁轉(zhuǎn)矩，順序?qū)θ嗬@組通電(如A-B-C-A)，則轉(zhuǎn)子可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變通電的次序，可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，控制通電電流的大小和通斷時(shí)間，則可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度?？梢?，SR 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。因此，如果發(fā)動(dòng)機(jī)采用開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，我們只需加一些簡單的電路設(shè)備和控制SR 電機(jī)相繞組通電的順序、相繞組通電電流的大小和通斷時(shí)間，就可以完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、助力、減震和制動(dòng)的控制。圖2.1 三相（6/4）結(jié)構(gòu)SR電機(jī)截面圖從圖2.1所示的三相（6/4）結(jié)構(gòu)SR電機(jī)，我們可以知道該電機(jī)轉(zhuǎn)子極距角為90。由于有三相繞組，故每相通電斷電一次轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角（稱為步距角）應(yīng)為30，每轉(zhuǎn)步數(shù)為12。對(duì)任意極數(shù)相數(shù)的開關(guān)磁阻電機(jī)，這一關(guān)系通常表示為：（是轉(zhuǎn)子極數(shù)，為相數(shù)）（2-1）（2-2）（2-3）由于SR電機(jī)每轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)角，對(duì)應(yīng)繞組通電切換一次，所以電機(jī)每轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)，繞組通斷切換次。當(dāng)電機(jī)以轉(zhuǎn)速（r/min）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)繞組的總通斷切換頻率為 （2-4）每相繞組通斷切換頻率為 （2-5）也是對(duì)應(yīng)功率電路每個(gè)功率器件的開關(guān)頻率。由于三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)是可雙向自起動(dòng)、最少極數(shù)、最少相數(shù)的電機(jī)，故經(jīng)濟(jì)性較好，但轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。由于同樣轉(zhuǎn)速時(shí)要求功率電路開關(guān)頻率最低，因此特別適合用作高速電機(jī)。我們這里也主要以這種結(jié)構(gòu)的SR電機(jī)作為研究對(duì)象。開關(guān)磁阻電機(jī)綜合了交流電機(jī)和直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，由它構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電機(jī)本體結(jié)構(gòu)、變換器型式以及控制方式上都與眾不同10。開關(guān)磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)如下:(1) 轉(zhuǎn)子上無任何繞組，結(jié)構(gòu)簡單，可高速旋轉(zhuǎn)而不致變形; 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，易于加、減速。定子上只有集中繞組，端部較短，沒有相間跨接線，因而具有制造工序少、成本低、工作可靠、維修量小等優(yōu)點(diǎn)。(2) 轉(zhuǎn)矩方向與相電流極性無關(guān)，只需單向電流勵(lì)磁。只要控制主開關(guān)器件的導(dǎo)通角度，即可改變電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。故可減少SR 電機(jī)功率變換器的開關(guān)器件數(shù)，降低系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。(3) 定子線圈嵌裝容易，端部短而牢固，熱耗大部分在定子，易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，可有較高的最大允許溫升，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。(4) 調(diào)速范圍寬，控制參數(shù)多、控制方式靈活，在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)均具有高輸出和高效率。(5) 電機(jī)的振動(dòng)和噪聲大于一般電機(jī)，且電機(jī)和功率器件的連線較多，這是SR電機(jī)較為突出的缺點(diǎn)。但應(yīng)該指出，與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)達(dá)100%的單相異步電動(dòng)機(jī)相比，SR 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)并不算很大。只要根據(jù)SR 電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，采取合適的控制技術(shù)，SR 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的大幅減小是可能的。至于噪聲問題，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，SR 電動(dòng)機(jī)采用合適的定子壓裝技術(shù)，加上適當(dāng)?shù)目刂?，其在滿載和空載情況下，整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的噪聲水平可以做到比具有代表性的、高質(zhì)量的PWM 異步電動(dòng)機(jī)在滿載下的噪聲水平更優(yōu)良。2.3 開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立SR電機(jī)數(shù)學(xué)模型的主要困難在于，電機(jī)的磁路飽和、渦流、磁滯效應(yīng)等產(chǎn)生的嚴(yán)重非線性，加上運(yùn)行時(shí)的開關(guān)性和受控性，使電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系十分復(fù)雜，難以建立與常規(guī)電機(jī)那樣規(guī)范的數(shù)學(xué)關(guān)系?？紤]到列出一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算相當(dāng)繁瑣，但其所有電磁過程仍然符合電工理論中的基本定律，因此，在如下假設(shè)的基礎(chǔ)上我們以準(zhǔn)線性模型為主進(jìn)行分析： (1) 主電路電源的直流電壓（Us）不變；(2) 半導(dǎo)體開關(guān)器件為理想開關(guān)，即導(dǎo)通時(shí)壓降為零，關(guān)斷時(shí)電流為零；(3) 忽略鐵心的磁滯和渦流效應(yīng)，即忽略鐵耗；(4) 電機(jī)各相參數(shù)對(duì)稱，每相的兩個(gè)線圈作正相串聯(lián)，忽略相間互感；(5) 在一個(gè)電流脈動(dòng)周期內(nèi)，認(rèn)為轉(zhuǎn)速恒定。準(zhǔn)線性模型是為了近似考慮鐵心磁阻以及飽和效應(yīng)、邊緣效應(yīng)的影響，將非線性特性分段線性化，用解析式來計(jì)算和分析SR電機(jī)的性能，確定其控制方案11。SR電機(jī)的數(shù)學(xué)模型等式如下： （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） （2-10）上式=1、2、3代表了圖2.1 中SRM的三相，是每相的相電阻，代表相的相電壓、相電流、相磁鏈。是電機(jī)的電磁扭矩，是負(fù)載扭矩。在任意時(shí)刻，電機(jī)扭矩是所有三相扭矩之和： （2-11）2.3.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分析圖2.2磁共能與電流、轉(zhuǎn)子位置變化關(guān)系如圖2.2 所示，當(dāng)A相單獨(dú)通電時(shí)，設(shè)相電流為，轉(zhuǎn)子位置為，則磁共能為（2-12）其中，則根據(jù)電磁場的基本理論可知，開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（2-13）定義電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)為正，如圖 2.2 所示，電機(jī)從當(dāng)前磁狀態(tài)出發(fā)，當(dāng)轉(zhuǎn)子有虛位移時(shí)，由（2-13）式可以得到電磁轉(zhuǎn)矩如下： （2-14）此時(shí)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩為正值，即電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向一致，電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)12。當(dāng)電機(jī)從當(dāng)前磁狀態(tài)出發(fā)，當(dāng)轉(zhuǎn)子有虛位移時(shí)，由（2-13）式可以得到電磁轉(zhuǎn)矩如下：（2-15）式中負(fù)號(hào)表示此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向相反，即電機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能通過續(xù)流電路反饋給電源。假設(shè)開關(guān)磁阻電機(jī)的電感為線性的，即電感值不隨電流大小變化僅為轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)：。磁共能和電磁轉(zhuǎn)矩可以分別表示為：（2-16）（2-17）從式（2-17）我們可以知道，隨轉(zhuǎn)子位置而變化的相電感是產(chǎn)生扭矩的重要因素。磁路電感隨著轉(zhuǎn)子極逐漸與定子極重疊而相應(yīng)增加；電感隨著轉(zhuǎn)子極移出重疊區(qū)而減小。由以上分析可得如下結(jié)論：(1) 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)氣隙磁導(dǎo)變化產(chǎn)生的，當(dāng)磁導(dǎo)變化大時(shí)，轉(zhuǎn)矩也大。若磁導(dǎo)的變化率為零，則轉(zhuǎn)矩也為零。(2) 電磁轉(zhuǎn)矩的大小同繞組電流的平方成正比，因此，可以通過增大電流有效地增大轉(zhuǎn)矩。(3) 在電感曲線的上升段，通入繞組電流產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩；在電感曲線的下降段，通入繞組電流產(chǎn)生反向電磁轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，僅通過改變繞組通電時(shí)刻便能實(shí)現(xiàn)正向電動(dòng)、反向電動(dòng)、正向制動(dòng)和反向制動(dòng)狀態(tài)的全部四象限運(yùn)行。上述轉(zhuǎn)矩的大小與方向均與繞組電流方向無關(guān)。(4) 電機(jī)的平均扭矩為正、反向轉(zhuǎn)矩的平均值： （2-18）當(dāng)正向扭矩為主時(shí)，平均轉(zhuǎn)矩為正，反之為負(fù)。(5) 雖然上述分析是在一系列假設(shè)條件下得出，但它對(duì)了解電機(jī)的基本工作原理，對(duì)定性分析電機(jī)的工作狀態(tài)及轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生是十分有益的。2.3.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的電流分析由于SR電機(jī)存在嚴(yán)重的飽和效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，作為電流和轉(zhuǎn)子位置角的非線性函數(shù)，一般沒有解析式，故為非線性模型。由圖2.3，當(dāng)SR電機(jī)由恒定直流電源Us供電時(shí)，由于繞組電阻壓降與相比很小，否則電機(jī)的效率就不會(huì)很高，故可忽略電阻壓降，并且由此圖2.3開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成原理圖引起的誤差不會(huì)超過線性化假設(shè)帶來的誤差。根據(jù)式（2-6）,整理可得 （2-19）根據(jù)圖2-4，我們可以將式（2-19）分別寫成電動(dòng)和發(fā)電模式13：圖2.4相繞組電感隨角位置變化曲線及對(duì)應(yīng)的電動(dòng)、制動(dòng)運(yùn)行相電流波形電動(dòng)： （2-20）發(fā)電：（2-21）其中，代表轉(zhuǎn)子極數(shù)。對(duì)式（2-20）、（2-21）進(jìn)行求解，設(shè)，電流可大致表示為：電動(dòng)： （2-22）發(fā)電：（2-23）這個(gè)等式清楚地告訴我們，對(duì)于給定轉(zhuǎn)速和電壓，電動(dòng)狀態(tài)下和發(fā)電狀態(tài)下的電流波形是對(duì)稱的。電動(dòng)狀態(tài)即SRM下反電動(dòng)勢(shì)限制相電流的上升；而在發(fā)電狀態(tài)即SRG下反電動(dòng)勢(shì)在關(guān)斷以后反而會(huì)促進(jìn)電流的上升。因而，電動(dòng)狀態(tài)下僅僅通過開通角就可以決定相電流的最大值，而發(fā)電時(shí)相電流的最大值與開通角和關(guān)斷角都有關(guān)系。2.4 開關(guān)磁阻電機(jī)的基本控制原理對(duì)于給定的開關(guān)磁阻電機(jī)，在最高外施電壓、允許的最大磁鏈與最大電流條件下，存在一個(gè)臨界角速度，它是SR電動(dòng)機(jī)能得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度。這一臨界角速度稱為“基速”。顯然，基速也就是SR電動(dòng)機(jī)能得到最大電磁功率的最低角速度。根據(jù)SR電機(jī)的基本運(yùn)行原理可知，通過控制SR電機(jī)相繞組的勵(lì)磁順序和勵(lì)磁電流的區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電動(dòng)及制動(dòng)等功能；通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組電流的大小及其在電感變化區(qū)的通電角度來調(diào)節(jié)SR電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，可達(dá)到調(diào)節(jié)SR電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖2.5 開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行特性在文獻(xiàn)14中，將（最大功率下的最低轉(zhuǎn)速）和（最大功率下的最高轉(zhuǎn)速）定義為“第一臨界速度”和“第二臨界速度”,見圖2.5。在以和為邊界的不同區(qū)域內(nèi)，采用不同的控制方式，給出控制變量（、）的不同組合，便能得到滿足不同需要的機(jī)械特性。下面就汽車驅(qū)動(dòng)裝置所需的典型轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性，從靜止到基速具有恒轉(zhuǎn)矩特性(保證電動(dòng)汽車的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，提速快)，在基速以上輸出恒功率特性(可以充分利用電源功率，根據(jù)行駛狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速)，這也是多數(shù)傳動(dòng)裝置所需的一種典型轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性。2.4.1 基速以下的情況基速以下時(shí)，采用電流斬波控制（Chopped Current Control,簡稱CCC），輸出恒扭矩特性。由開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行特性可知，當(dāng)SR電動(dòng)機(jī)在低于的速度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，最大磁通與最大電流隨角速度的降低而增大，為限制與不超過允許值，應(yīng)調(diào)節(jié)外加電壓、開通角和關(guān)斷角這三個(gè)可控變量。我們采取的是通過斬波控制電壓，用電流限值調(diào)制外加電壓加在導(dǎo)通相繞組上的有效時(shí)間寬度來改變外加電壓的有效值，進(jìn)而控制輸出轉(zhuǎn)矩變化。實(shí)際上，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，調(diào)節(jié)占空比的大小， 將隨有效值的變化而變化。而相電流波形除頻率變化外，其大小、形狀與和有關(guān)。因此，SR電動(dòng)機(jī)在調(diào)壓調(diào)速時(shí)的運(yùn)行特性像直流電動(dòng)機(jī)一樣，自然地給出了恒轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速控制。2.4.2 基速以上, 以下的情況基速以上時(shí)，采用角度位置控制（Angle Position Control，簡稱APC），輸出恒功率特性。當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)在高于的速度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，因旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)較大，且各相主開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)間較短，因此電流較小。由SR電機(jī)的運(yùn)行特性可知，在外加電壓、開通角和關(guān)斷角一定的條件下，隨著角速度的增加，磁通鏈或電流將以下降，轉(zhuǎn)矩則“自然”地以下降，但這種自然降落可通過按比例地增大導(dǎo)通角來補(bǔ)償，這樣可控制導(dǎo)通時(shí)間不以下降，若做到使磁通以下降，則轉(zhuǎn)矩將受控制地隨下降(轉(zhuǎn)矩與磁通的平方程正比)，即可在一個(gè)較寬的速度范圍內(nèi)得到恒功率輸出特性。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)的APC方式類似于直流電動(dòng)機(jī)中減弱磁場的控制，適合恒功率負(fù)載15。平均扭矩自然的降落可以通過增大導(dǎo)通角來補(bǔ)償，但導(dǎo)通角的增大是有極限的，當(dāng)開通角和關(guān)斷角己調(diào)到極限值，沒有進(jìn)一步調(diào)節(jié)的余地，這時(shí)，SR電機(jī)將回復(fù)到對(duì)應(yīng)的自然機(jī)械特性上運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速的一次方下降，而是與轉(zhuǎn)速的平方成反比，即呈串勵(lì)特性運(yùn)行，導(dǎo)通角增加到極限所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行角速度。是APC方式的上限。2.5 開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.5.1 調(diào)速系統(tǒng)的組成開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)Switched Reluctance Drive,簡稱SRD，主要由四部分組成:開關(guān)磁阻電機(jī)、功率電路、控制器和角位移傳感器9，如圖2.6所示。圖2.6 開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)是SRD系統(tǒng)的執(zhí)行元件，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD系統(tǒng)有別于其它電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。SR電機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多，步距角小，利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器件多，成本高，它遵循“磁阻最小”原理，產(chǎn)生的磁拉力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2.1所示，若三相繞組輪流通電，即A-B-C-A,則轉(zhuǎn)子連續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，若改變通電相序?yàn)锳-C-B-A，則可使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若改變相電流大小，則可改變電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)速；若在轉(zhuǎn)子極轉(zhuǎn)離定子極時(shí)通電，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由此可知，通過簡單地改變控制方式便可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和工作狀態(tài)。功率電路是連接電源和電機(jī)繞組的開關(guān)部件，它的作用是電動(dòng)時(shí)將電源提供的能量經(jīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)換后提供給電機(jī)，制動(dòng)時(shí)將電機(jī)的能量反饋給電源。由于SR電機(jī)繞組是單向的，使得其功率變換器的主電路不僅簡單，而且具有普通交流及無刷直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，即相繞組與主開關(guān)器件是串聯(lián)的，因而可預(yù)防短路故障。功率變換器的線路有多種形式，并且與SR電動(dòng)機(jī)的相數(shù)、繞組形式等有密切關(guān)系?？刂破魇荢RD系統(tǒng)的中樞，起決策和指揮作用。它綜合位置檢測器、電流檢測器所提供的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等反饋信息及外部輸入的指令，然后通過分析處理，決定控制策略，向功率變換器發(fā)出一系列執(zhí)行命令，從而控制SR電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。它一般包括操作電路、調(diào)節(jié)器電路、工作邏輯電路、傳感器電路、保護(hù)電路、信號(hào)輸出電路、狀態(tài)顯示電路等。本課題采用德州儀器公司（TI）的TMS320F240 DSP數(shù)字信號(hào)處理器同ALTERA公司的MAX7000系列芯片及外圍電路等組成的硬件系統(tǒng),采用匯編語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的控制。SRD工作在自同步狀態(tài)。位置閉環(huán)正是SRD有別于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的重要標(biāo)志之一。位置檢測器是轉(zhuǎn)子位置及速度等信號(hào)的提供者。它及時(shí)向控制器提供定、轉(zhuǎn)子齒極間實(shí)際相對(duì)位置的信號(hào)和轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度的信號(hào)。而轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是各相主開關(guān)器件正確進(jìn)行邏輯切換的根據(jù)。2.5.2 系統(tǒng)的工作原理與特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的整體工作原理如下：控制電路接受起動(dòng)命令信號(hào)，在檢測系統(tǒng)狀態(tài)一切正常的情況下，根據(jù)位置傳感器提供的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，按起動(dòng)邏輯給出相應(yīng)的輸出信號(hào)；該信號(hào)控制功率電路向電機(jī)繞組供電，使電機(jī)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，控制電路根據(jù)位置傳感器信號(hào)的變化通過功率電路使電機(jī)通電相變化；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，控制電路從起動(dòng)邏輯轉(zhuǎn)化為低速運(yùn)行邏輯，或再從低速運(yùn)行邏輯轉(zhuǎn)換為高速運(yùn)行邏輯。運(yùn)行中，控制電路測試電機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩等，并對(duì)其進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。當(dāng)操作命令改變時(shí)，如停車、制動(dòng)等，控制電路再次改變工作邏輯，通過功率電路使電機(jī)實(shí)現(xiàn)操作要求。若運(yùn)行中出現(xiàn)故障情況，如堵轉(zhuǎn)、過載等，控制電路通過功率電路采取故障停車等保護(hù)措施，并通過顯示電路報(bào)警。由上述工作過程描述可以深刻體會(huì)到，開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由SR電機(jī)、角位移傳感器、功率電路和控制電路所組成的高性能機(jī)電一體化產(chǎn)品，其各部分緊密結(jié)合，缺一不