開關磁阻電機

1、2022-6-231重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章1磁阻同步電動機磁阻同步電動機 磁阻電動機是一種轉子上沒有裝設勵磁繞組的凸極同步電動磁阻電動機是一種轉子上沒有裝設勵磁繞組的凸極同步電動機，它依靠直軸和交軸兩條磁路上磁阻不等而產生電磁轉矩，機，它依靠直軸和交軸兩條磁路上磁阻不等而產生電磁轉矩，所以稱為磁阻同步電動機。所以稱為磁阻同步電動機。 對凸極轉子，且當對凸極轉子，且當XdXd時，即使轉子上不裝設勵磁繞組，時，即使轉子上不裝設勵磁繞組，也會存在電磁功率和對應的電磁轉矩，其大小為也會存在電磁功率和對應的電磁轉矩，其大小為 2022-6-232重慶理工

2、大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章2由上式可見，電磁轉矩與功角由上式可見，電磁轉矩與功角的關系是按的關系是按(sin2)規(guī)律變化規(guī)律變化的。當?shù)摹．? 0度時，轉矩等于零；度時，轉矩等于零；= 45度時，轉矩最大；度時，轉矩最大；= 90度時，轉矩又會變?yōu)榱?，這種情況可由下圖來說明。度時，轉矩又會變?yōu)榱?，這種情況可由下圖來說明。 2022-6-233重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章3上圖上圖a是磁阻電動機的空載情況，不計機械損耗時，電機產生的電磁轉矩是磁阻電動機的空載情況，不計機械損耗時，電機產生的電磁轉矩 TM0，故定子磁

3、場軸線與磁極軸線重合（即，故定子磁場軸線與磁極軸線重合（即 = 0），磁力線不發(fā)生扭彎。），磁力線不發(fā)生扭彎。當電動機加上負載時，轉子直軸將落后于定子旋轉磁場軸線當電動機加上負載時，轉子直軸將落后于定子旋轉磁場軸線 角，如圖角，如圖b所所示示 ( 圖中圖中= 45 )，由圖可見，這個磁場被扭歪了。由于，由圖可見，這個磁場被扭歪了。由于磁通具有使其所經路磁通具有使其所經路徑的磁阻為最小的性質徑的磁阻為最小的性質，從而力圖使轉子直軸方向與定子磁場軸線取得一致，從而力圖使轉子直軸方向與定子磁場軸線取得一致,因此產生與定子旋轉磁場同轉向的磁阻轉矩因此產生與定子旋轉磁場同轉向的磁阻轉矩 TM ，和負載轉

4、矩相平衡。，和負載轉矩相平衡。 當當 角增大到角增大到 90時，由圖時，由圖c 可見，氣隙磁場又對稱分布，其合成轉矩又變可見，氣隙磁場又對稱分布，其合成轉矩又變成零。成零。 2022-6-234重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章4磁阻同步電動機只存在電樞反應磁場，故又稱為磁阻同步電動機只存在電樞反應磁場，故又稱為反應式同步電動機。反應式同步電動機。 電磁功率和電磁轉矩的最大值為：電磁功率和電磁轉矩的最大值為：2022-6-235重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章5磁阻電動機一般靠實心轉子的感應磁阻電動機一般靠實心轉子的

5、感應渦流并借助于鋁或銅所起籠型繞組渦流并借助于鋁或銅所起籠型繞組的作用起動。當轉子接近同步速時，的作用起動。當轉子接近同步速時，借助凸極效應產生的磁阻轉矩，轉借助凸極效應產生的磁阻轉矩，轉子會自動拉入同步。子會自動拉入同步。 磁阻電動機轉子上既無勵磁繞組磁阻電動機轉子上既無勵磁繞組也沒有集電環(huán)而使得結構簡單，工也沒有集電環(huán)而使得結構簡單，工作可靠，在控制系統(tǒng)、自動記錄裝作可靠，在控制系統(tǒng)、自動記錄裝置、電鐘等需要保持恒速的場合獲置、電鐘等需要保持恒速的場合獲得了廣泛的應用。得了廣泛的應用?？梢钥闯?，電機可以看出，電機Xd比比Xq的數(shù)值愈大，則的數(shù)值愈大，則TMmax的數(shù)值也愈大。的數(shù)值也愈大。

6、為了增大為了增大 Xd比比Xq的比值，轉子常采用如下圖所示的鋼片和非的比值，轉子常采用如下圖所示的鋼片和非磁性材料（如鋁、銅）相間鑲嵌的結構，其中鋁或銅部分可起磁性材料（如鋁、銅）相間鑲嵌的結構，其中鋁或銅部分可起到籠型繞組的作用使電機起動。在電機正常運行時，由于交軸到籠型繞組的作用使電機起動。在電機正常運行時，由于交軸磁路多次跨過非磁性區(qū)域，遇到的磁阻很大，對應的磁路多次跨過非磁性區(qū)域，遇到的磁阻很大，對應的 Xq很小。很小。 2022-6-236重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章68.4 開關磁阻電動機開關磁阻電動機Switched Reluctanc

7、e Motor（SRM）開關磁阻電動機（開關磁阻電動機（SRM）是近些年發(fā)展的新型）是近些年發(fā)展的新型調速電機，結構簡單結實、調速范圍寬且性能調速電機，結構簡單結實、調速范圍寬且性能好，現(xiàn)已廣泛用在工業(yè)、航空業(yè)和家用電器各好，現(xiàn)已廣泛用在工業(yè)、航空業(yè)和家用電器各個領域。主要有：排風機、空調、洗衣機、電個領域。主要有：排風機、空調、洗衣機、電動車、各種搬運機器。動車、各種搬運機器。2022-6-237重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章7- 定轉子雙凸極結構定轉子雙凸極結構- 定子各極上繞有集中線圈定子各極上繞有集中線圈- 轉子上無繞組，無永磁鐵，僅有疊轉子上

8、無繞組，無永磁鐵，僅有疊片疊壓而成片疊壓而成- 按照按照“磁阻最小化原理磁阻最小化原理”，產生磁，產生磁阻電磁轉矩阻電磁轉矩- 按轉子位置給定子繞組逐次供電，按轉子位置給定子繞組逐次供電，以便旋轉以便旋轉開關磁阻電機的結構開關磁阻電機的結構2022-6-238重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章8電機的定子鐵芯有六個齒極，由導磁良好的硅鋼片電機的定子鐵芯有六個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。沖制。 開關磁阻電機的原理開關磁阻電機的原理2022-6-239重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章9電機的轉子鐵芯有四個齒極，由導磁良

9、好的硅鋼片沖制。電機的轉子鐵芯有四個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。與普通電機一樣，轉子在定子內自由轉動。與普通電機一樣，轉子在定子內自由轉動。 2022-6-2310重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章10由于定子與轉子都有凸起的齒極，這種形式也稱為由于定子與轉子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸極結構。雙凸極結構。 2022-6-2311重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章11在定子齒極上繞有線圈（定在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），用來向電機提供子繞組），用來向電機提供工作磁場。在轉子上沒有線工作磁場。在轉子上沒有線圈

10、，這是磁阻電機的主要特圈，這是磁阻電機的主要特點。在講電動機工作原理時點。在講電動機工作原理時常用通電導線在磁場中受力常用通電導線在磁場中受力來解釋電動機旋轉的道理，來解釋電動機旋轉的道理，磁阻電機轉子上沒有線圈，磁阻電機轉子上沒有線圈，那是靠什么力推動轉子轉動那是靠什么力推動轉子轉動呢？磁阻電動機是利用磁阻呢？磁阻電動機是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動轉子旋轉。用磁引力拉動轉子旋轉。 2022-6-2312重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章12下面通過圖示來說明轉下面通

11、過圖示來說明轉子的工作原理，下面是子的工作原理，下面是磁阻電動機的正視圖，磁阻電動機的正視圖，定子六個齒極上繞有線定子六個齒極上繞有線圈，徑向相對的兩個線圈，徑向相對的兩個線圈是連接在一起的，組圈是連接在一起的，組成一成一“相相”，該電機有，該電機有3相，結合定子與轉子的相，結合定子與轉子的極數(shù)就稱該電機為三相極數(shù)就稱該電機為三相6 / 4結構。在下圖標注的結構。在下圖標注的A、B、C相線圈僅為后相線圈僅為后面分析磁路帶來方便，面分析磁路帶來方便，并不是連接三相交流電。并不是連接三相交流電。 2022-6-2313重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章13在下

12、面有一組磁阻電動機運轉原理動畫的截圖，從在下面有一組磁阻電動機運轉原理動畫的截圖，從中我們將看到磁阻電動機是如何轉動起來的，圖中中我們將看到磁阻電動機是如何轉動起來的，圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電流通過；紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電流通過；通過定子與轉子的深藍色線是磁力線；把轉子啟動通過定子與轉子的深藍色線是磁力線；把轉子啟動前的轉角定為前的轉角定為0度。度。2022-6-2314重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章14從左面圖起，從左面圖起，A相線圈接通電源產生磁通，磁力線相線圈接通電源產生磁通，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，

13、磁力線可看成極從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉子開始逆時針轉動；有彈力的線，在磁力的牽引下轉子開始逆時針轉動；中間圖是轉子轉了中間圖是轉子轉了10度的圖，右面圖是轉到度的圖，右面圖是轉到20度的度的圖，磁力一直牽引轉子轉到圖，磁力一直牽引轉子轉到30度為止，到了度為止，到了30度轉度轉子不再轉動，此時磁路最短。子不再轉動，此時磁路最短。2022-6-2315重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章15為了使轉子繼續(xù)轉動，在轉子轉到為了使轉子繼續(xù)轉動，在轉子轉到30度前已切斷度前已切斷A相電源在相電源在30度接通度接通B相電

14、源，磁通從最近的轉相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，見下左圖，于是轉子繼續(xù)子齒極通過轉子鐵芯，見下左圖，于是轉子繼續(xù)轉動。中間圖是轉子轉到轉動。中間圖是轉子轉到40度的圖，右面圖是轉度的圖，右面圖是轉到到50度的圖，磁力一直牽引轉子轉到度的圖，磁力一直牽引轉子轉到60度為止。度為止。 2022-6-2316重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章16在轉子轉到在轉子轉到60度前切斷度前切斷B相電源在相電源在60度時接通度時接通C相電相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，見下左圖。源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，見下左圖。轉子繼續(xù)轉動，中間圖是轉

15、子轉到轉子繼續(xù)轉動，中間圖是轉子轉到70度的圖，右面圖度的圖，右面圖是轉到是轉到80度的圖，磁力一直牽引轉子轉到度的圖，磁力一直牽引轉子轉到90度為止。度為止。 2022-6-2317重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章17當轉子轉到當轉子轉到90度前切斷度前切斷C相電源，轉子在相電源，轉子在90度的度的狀態(tài)與前面狀態(tài)與前面0度開始時一樣，重復前面過程，接通度開始時一樣，重復前面過程，接通A相電源，轉子繼續(xù)轉動，這樣不停的重復下去，相電源，轉子繼續(xù)轉動，這樣不停的重復下去，轉子就會不停的旋轉。這就是磁阻電動機的工作轉子就會不停的旋轉。這就是磁阻電動機的工作原

16、理。由于是運用了利用磁阻最小原理，故稱為原理。由于是運用了利用磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關控制，故稱為開關磁阻電動機。接受開關控制，故稱為開關磁阻電動機。 2022-6-2318重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章18轉子每轉一個齒距角，定子每相通斷工作一個周期轉子每轉一個齒距角，定子每相通斷工作一個周期如何確定每相通斷時間：如何確定每相通斷時間：位置檢測位置檢測其轉子轉速為其轉子轉速為rphNfn602022-6-2319重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程

17、與自動化系第第6章章19開關磁阻電機的驅動系統(tǒng)開關磁阻電機的驅動系統(tǒng)2022-6-2320重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章20n不對稱半橋線路不對稱半橋線路主電路：主電路：2022-6-2321重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章21n雙繞組功率變換器雙繞組功率變換器2022-6-2322重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章22- 電氣及機械結構簡單、堅固，制造工藝簡單（可媲美電氣及機械結構簡單、堅固，制造工藝簡單（可媲美于感應電機）于感應電機）- 需要專門的驅動電路，也因此容易實現(xiàn)

18、多功能需要專門的驅動電路，也因此容易實現(xiàn)多功能- 損耗主要產生在定子端，因此驅動系統(tǒng)的效率高（相損耗主要產生在定子端，因此驅動系統(tǒng)的效率高（相對于感應電機）對于感應電機）- 電機的制作成本低，因此其經濟性能好電機的制作成本低，因此其經濟性能好- 起動轉矩大，低速性能好起動轉矩大，低速性能好- 調速范圍寬調速范圍寬(可工作于達幾萬可工作于達幾萬rpm轉速）轉速）)- 在寬領域內的調速范圍內，控制靈活，易于實現(xiàn)各種在寬領域內的調速范圍內，控制靈活，易于實現(xiàn)各種轉矩速度特性轉矩速度特性- 可四象限運行，具有再生制動能力可四象限運行，具有再生制動能力- 噪音，振動大（缺點）噪音，振動大（缺點）開關磁阻

19、電機的特點開關磁阻電機的特點2022-6-2323重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章23類比與特點類比與特點2022-6-2324重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章24 功能功能 將電脈沖信號轉換成轉角或轉速信號。將電脈沖信號轉換成轉角或轉速信號。 轉角轉角 脈沖信號的個數(shù)；脈沖信號的個數(shù)； 轉速轉速 n 脈沖信號的頻率。脈沖信號的頻率。 用途用途 高精度的角度控制。高精度的角度控制。 分類分類 按定子相數(shù)不同：三相、四相、五相、六相等；按定子相數(shù)不同：三相、四相、五相、六相等； 按轉子材料不同：永磁式、磁阻式（反應式

20、）。按轉子材料不同：永磁式、磁阻式（反應式）。1. 基本結構基本結構2. 工作原理工作原理與電源、負載、與電源、負載、環(huán)境等因素無關環(huán)境等因素無關9.3 步進電動機步進電動機2022-6-2325重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章2514 231. 定子定子 2. 轉子轉子一、基本結構一、基本結構 U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步進三相磁阻式步進電動機原理圖電動機原理圖2022-6-2326重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章26 步進電動機的典型結構步進電動機的典型結構 U2U1W2W1V1V22022-6-232

21、7重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章27二、工作原理二、工作原理 一拍一拍 從一次通電到另一次通電。從一次通電到另一次通電。 步距角步距角 每一拍轉子轉過的角度。每一拍轉子轉過的角度。(1) m 相單相單 m 拍運行（三相單三拍運行）拍運行（三相單三拍運行） (2) m 相雙相雙 m 拍運行（三相雙三拍運行）拍運行（三相雙三拍運行） (3) m 相單雙相單雙 2m 拍運行（三相單雙六拍運行）拍運行（三相單雙六拍運行） 2022-6-2328重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章2814 2314 2314 2314 23U

22、1U2V1V2W2W11. m 相單相單 m 拍運行（三相單三拍運行）拍運行（三相單三拍運行） 通電順序：通電順序： U 相相V 相相W 相相U 相。相。 U 相通電相通電 14 23U1U2V1V2W2W114 23 V 相通電相通電 U1U2V1V2W2W1 W 相通電相通電 14 2314 23一步一步兩步兩步三步三步 步距角：步距角： = 302022-6-2329重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章292. m 相雙相雙 m 拍運行（三相雙三拍運行）拍運行（三相雙三拍運行） 通電順序：通電順序： UV 相相VW 相相WU 相。相。 14 23U1U

23、2V1V2W2W1 UV 相通電相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通電相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通電相通電 14 23 步距角：步距角： = 3014 2314 232022-6-2330重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系第第6章章303. m 相單雙相單雙 2m 拍運行拍運行 (三相單雙六拍運行）三相單雙六拍運行）通電順序：通電順序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角：