两种开关磁阻电机系统的对比研究

或右侧面积；，为铁心有效长度；也为定子齿右侧激
励源区剖分单元的矢量磁位；Ａ，为定子齿左侧激 励源区剖分单元的矢量磁位；４为定子齿右侧激励 源区剖分单元的面积；△，为定子齿左侧激励源区 剖分单元的面积．
开关磁阻电机一相通电时，相绕组中有电流ｉ，
则磁共能为
Ｗ’一ｌ １蚴Ｊ．
（３）
由电磁场基本理论可知，若转子有虚位移。则
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第５期
陈是等：两种开关磁阻电机系统的对比研究４７９
２０
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三相ｓ／４结梅开关磁阻呶机的定予毒６个齿， 转子有４个齿，定子绕组为三相制，即Ａ．Ｂ，Ｃ相． 四相８／ｓ结构开关磁阻电机的定子有８个齿，转子 有６个齿，定予绕组为露相销，静Ａ，Ｂ，ｃ，Ｄ稽．开 关磁阻电机镶向相对的两个怒子齿上的集中线圈 正串构成一攘绕组ｏ～蟛。壹三翱６／４续梅牙美磁疆 电机与三相双开关式功率变换器组成的三相６／４ 结构歼关磁臌电机系缝和四棚８／６缨掏开关磁阻 电机萄四相分裂电源武功率变换器组成的四相８／ ６结构开关磁阻电机系统。是目前常用的结构．
还是用作发电机系统，由三相双开关功率变换嚣和三相６／４结构电机组成的开关磁阻电帆系统
的电机筚位体积输出客鼹和系统效率均比由四相分裂电源式功事变换器和驾掘ｓ／ｓ结构电机组
成的舜燕磁阻电机系统离，
荚键词：开关磁阻；功率变换器；发电机；可调遣驱动装鬣
枣霾分类号：ＴＭ ３０１．２
变献标谖璃：Ａ
开关磁阻电机结构坚固耐用、制造和维护方 使，系统诵投性能好。鹳象融藏翻灵活，近２０ ａ来， 在电气传动界倍受圈内外攀术界和工程界的重 褪Ｄ“』。秀美磁疆毫撬系统熬凌电漉小，筵曩翻瑟 速力矩大，每小时起动次数不受限制，可做不问断 的连续起动、劁动转换运行，且易实瑷褥生铡魂．它 作为诵速电动机运行，是电动车辆理想的传动系 统，如应用于工矿电机车Ｅｓ］、电动汽车、电动摩托车 及电凌鑫行举等的传动系统．开关磁融电视转子上 无刷、无绕组、无永磁体，转子惯量较小；在较宽的 转速莲塑内，其骞较蒜戆系绞效率．象作为夺麓巯 力发电机系缆亦具有良好的廒用前景．
度条件下，三相６／４结构开头磁阻电机的单位体积 输出容量大予四相８／６结构开关磁阻电机的单位
律税输出容鬣． ２．２功率变换器的比较
毫魂运褥捩态节，尾三翱双舞美式功率交换器
对三相６／４结构开麓磁阻电机的相绕组在ｏ～４５。 区阍通恒定电流，臻毂掘分裂电嚣式功率变换器对
四栩８／６结构开关磁阻电机的相绕组在ｏ～４５。区 问通恒定电流．当这两种功率变换器的直流供电电
磁能与机械能之间就发生转换，开关磁阻电机一相 通电时的电磁转矩为
丁。一ｅｍ—一万警ｌ…Ｌ。。。．’
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静态平均电磁转矩是开关磁阻电机输出容量
丁，一。瞄｝，㈣ 大小的标志．那么，ｍ相开关磁阻电机的静态平均
电磁转矩为
丁，一。生兰ｂ芝Ｉ， （５）
以
Ｌ。
式中：只为电机相绕组通电时的转子位置；以为电
机相绕组断电时的转子位置，电机转子齿距角
舔２９卷第５精
中雷矿照大学学报
ｖ０１．２９ Ｎｏ．５
２０Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ＆。Ｔｅｃｈｒｔｏ［ｏｇｙ
Ｓｅｐ．２０００
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屏一竽，
（６）
其中ｚ，为电机转子齿数． 由于开关磁阻电机装有转子位置检测器实现
位置闭环控制，因此，其电机电磁场变化的基本频 率以及电机功率变换器开关器件的基本开关频率 ，，与电机转速”，保持同步关系，即
ｆ一筹ｎ．
（７）
ｍ相开关磁阻电机的合成电磁转矩特性为 ７１（曰）一７乙。Ｅｅ３＋…＋丁嘶ｐ （ｍ一１）ｑ］， （８） 式中啡为电机步距角，即
分别在口一０～４５。间和目一４５～９０。间对三耗 ６／４结构开关磁阻电机的相绕组通恒定电流，即，鼠 一００，岛一４５。和巩一４５。，口２—９０。；分别在目＝０～ ３０。问和口一３０～６０。间对四相８／６结构开关磁阳 电机的相绕组通恒定电流，即，吼＝０。，以＝３０。和 口ｌ一３０。，岛一６０。，由式（３）～式（６），计算了这两科 电机的静态平均电磁转矩，如图３所示．在图３中，
文章编母：１０００ １９６４（２０００）０５—０４７６—０４
两种开关磁阻电机系统的对比研究
陈吴，谢桂林
（中国矿业犬学信息与电气工程学院，强苏徐媸２２１００８）
摘要：从电机输出容量、功率变换器、基本工作频率及对特矩脉动影响等方面，对常用的三相开
是磁阻电机系娩和四鞠秀美磁瓣电规系统选嚣了砖出分糖。薅暴表嚼，无论是焉锋电番祝系统，
压为魄，蠢流供电电流大小为厶时，部在保证由 开关磁阻电机和功率变换器组成的电动机系统的 辕入餐量（Ｓ。一Ｕｓ氏）据嚣条｛孛下，镑黠邃强耱磅 率变换器进行了分析．结果见表２．发电运行状态
下，互相６／４结构开荧瑾阻呶枧靠夕｝力克服铡动转
矩，其相绕缴在４５～９０。区间以恒定电流向三相双 开关式功率变换器馈电；四相８／６结构开关磁阻电 撬拣终蠢克黻裁羲转矩，其襁绕组程３０～６０。区ｔ．－－１ 以懒定电流向四相分裂电源武功率变换器馈电．当
由式（７）可知．三糊６／４结构开关磁阻电机电 磁场变化的基本频率及其三棚双开关式功率变换 器开美器件的蒺本开关频率与电机转速的同步关 系为，一ｎ／１５，四相８／６结构开关磁阻电机电磁 凌交纯缒基本攘率及冀疆福分装电繇鼗凌率交换 器开关器件的熬本开荛频率与电机转遵的同步荚 系为，一ｎ／ｌＯ．在相嚣的电提转速下，辨翅８／６结 构开美磁阻电机电磁场变化基本频率及其四棚分 裂电源式功率瘦换器开关器件撼本开荚频率是三 穗６／４结褐开荚磁阻电视电磁场变化蒸本频率及 其三相舣开关式功率变换器开荧器件基本开关频 率约ｌ。５倍，爨就，三榻６／４续梅开关骥阻电撬系 统的电机铁损耗、功率变换器歼关损耗均比四糊 ８／６结构开关磁阻电规系统的低． ２．４对转矩脉油的影响
定子 外径
定子 内径
铁心有气隙定于转子 效长度长度齿宽齿宽
三相６／４结构１５５
９５
１４０
ｏ．３
２２．
２４
四相８／６结构１５５
９５
１４０
ｏ３
１７
１９
２．１ 电机输出容量的比较 开关磁阻电机相电感以转子齿距角只为周垮
随转子位置目而变化，当通电相定子齿轴线与转亍 槽轴线重合时，通电相相电感最小；当通电相定孑 齿轴线与转子齿轴线重合时，通电相相电感最大． 这里，口＝ｏ。为通电相最小相电感位置，口一巩／２美 通电相最大相电感位置．三相６／４结构开关磁阻电 机的转子齿距角为９矿，口一４５。是其通电相最大耗 电感位置；四相８／６结构开关磁阻电机的转子齿距 角为６０。，口一３０。是其通电相最大相电感位置．
（９）
２对比分析
为了便于分析，这两种电机的定子外径、定亍
内径、铁心有效长度、气隙长度分别取相同的值趔
行比较，其主要尺寸如表１所示．
表１ 两种开关磁阻电机的主要尺寸 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ
Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｒｉｃｅ ｍａｃｈｉｎｅｓ
￡／ｒａｍ
电机 结构
用式（１），（２）对两种开关磁阻电机进行了二纬 有限元磁场数值计算．三相６／４结构开关磁阻电捌 的定子槽面积比同体积的四相８／６结构开关磁阴 电机的定子槽面积大．为较合理地比较这两种结裢 电机的容量，在定子励磁电流密度相同的条件下， 进行了计算．图２给出了这两种电机在最大相电感 位置和最小相电感位置的磁化曲线．
主 ｉ
万方图数２两据种电机的磁化曲线
Ｆｉ口．２ ＭａｇｎｅｔｉＴｍｔｉｏｎ ｆ：ｑｌｉ＊ｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍａｃｈｉｎｅｓ
朋Ａ ｒａｍ。）
图３ 两种电机的静态平均电磁转矩特性
Ｆｉｇ．３ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｖｅｒａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍａｃｈｉｎｅｓ
这嚣耪囊率变换器浆壤塞魂瞧压龚弧，辏窭蕊电 流太小为厶时．即在保证由汗关磁阻电机和功率 变换器组成的发电机系统的辕出容繁（ｓ。一￡，Ｊｓ） 相两条件下．针对这两种功率变换器进行了分析，
结果亦见表２， 巍２蔫鞯臻事变按箍静老较
Ｔ抽ｌｅ ２（孙ｍｐａｒＩ舯ｎ ０ｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｏｗｅｒ ｔ：ｏＲｖｅｒｔｅ料
蟹一篡∑（蛐一如岛）， （２）
啦精日期：２０００—０５—０７
善袅褒曩 万；方攥疑 数拜据学基囊蝥舞囊舞（９７毫１０１０４）
怍者简介；髂昊（１９６９．）．男，山柬省烟台市＾，中国矿北大学剐教授．工学博士（博士后）＋从事电力传动及电力电子研芄
第５期
陈吴等：两种开关磁阻电机系统的对比研究
式中：＾ｒ为相绕组匝数；５为定子齿激励源区左侧
采用传统的电流斩波角度位置控制方式［９］，由 于转子位置、梧电流及捩相重叠角之闯豹菲线性耦 合，开关磁阻电动机在脉冲性电流供电及转子步；拄 运爨孛，其辕爨转瘫会凑较大熬躲动，较蹇静赣感 转矩脉动是开荧磁阻电动机有较大振动和噪声的 根源之一．在静态平均电磁转娥棚同的条搏下，巍 式（８）式和式（９）分别计算了三相６／４络构开关磁 阻电动机和四棚８／６结构开关檄阻电动机的合成 转矩特住，蠲圈４新示．兰相６／４结梅开关磁函电 动机的步距角％＝３０。，四相８／６结构开关磁阻电 凌撬豹疹距是绵一ｌ舅诗算结暴袭唆，三耀６／４缡 构开关磁阻电动机的转矩脉动幅度较大，四相８／ｅ 结构开荧磁阻媳动机的转矩脒动频率较糍．通过桡 仡设计开关磁阻电动机定、转子檄弧和采用优化黼 控制策略，可有效地减小转矩脉动．