开关磁阻电机发展概况

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开关磁阻电动机发展综述

开关磁阻电动机发展综述

[4]
刘迪吉、曲民兴、朱学忠、刘闯,
N02,P.109~115.
2003,V0135
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四、结语 SR电机还年轻,它和传统的直流调速系统及交流变频调速系统相比,有很多优点,但 也有一些缺点,在一些理论和实践问题还待深化。理论上,它还不能说很成熟,统一的理论 及优化设计、系列设计还有待研发;技术上,制约发展的是缺少适于sR电机技术需求的专 用模块、专用芯片,成熟、实用的无直接位置检测器也需要尽快进一步开发;生产上,目前 sR电机生产规模还太小,缺少系列批量产品和强大的研发生产基地;市场上,各行备业接 受它还有一个过程,需要宣传它、开发市场。相信经过大家多方面的重视和努力,随着电子、 微电子技术进步,SR电机将会有广阔的发展前景,在微特电机行业中同样会有很大的发展 空间。
2.
电动车辆驱动应用 具有串励特性的sR电机,适合车辆电驱动应用。英国最早期的应用中就有有轨电车应
用的实例。随着环保要求提高、动力电池技术进步,电动车发展有越来越高的呼声和现实性, SR电机以它性能好,有较好的制动和能量回馈能力,被视为电动车的一个可选择驱动方案。 美国DELPHI公司开发了sR电机驱动的电动汽车,EMB公司开发了SR电机驱动的电动摩托 车。我国在SR电机的电动车方面研究也很活跃,以华中科技大学为首研发的电动汽车已见 成效.中国矿业大学研发的矿车驱动取得成功,南京航空航天大学也成功开发了电动摩托车。
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介绍的航空电源,都是很有新意的。特别是由于sR电动机起动性能好,电动发电双功能可 控性好、实现容易,因此在直流电源体制下作汽车和飞机的起动/发电机有独特的优越性, 美国SUNI)STRAND公司的80KW SR起动/发电机将在第四代战斗机中应用。国内也有少数院校 正在从事这方面研究,像南京航空航天大学成功研制的sR起动/发电机得到很高评价。

1.2 开关磁阻电机调速系统的发展

1.2 开关磁阻电机调速系统的发展

1.2 开关磁阻电机调速系统的发展1.2.1 开关磁阻电机调速系统(SRD)的发展概况]27[],2[],1[“开关磁阻电机(Switched reluctance motor简称SR电动机)”一词源见于美国学者S.A.Nasar1969年所撰论文,它描述了这种电机的两个基本特征]1[:1开关性——电机必须工作在一种连续的开关模式,这是为什么在各种新型半导体器件获得后才得以发展得主要原因;2磁阻性——它是真正的磁阻电机,定、转子具有可变磁阻回路。

作为SRD中的主要组成部分——开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor),其基本结构及基本原理的提出可追溯到19世纪40年代,那时的电机研究人员已认识到利用顺序磁拉力使电动机旋转是可行的。

1842年,英国的Aberdeen和Davidson用两个U形电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。

两个U形电磁铁轮流通电以吸引嵌在木质转鼓圆周上的铁条。

但是由于技术水平制约,导致电动机的运行性能差,这就使从这种电动机雏形的诞生直到功率电子器件问世的100多年间,人们一直没有太大的兴趣研究这类电动机。

20世纪60年代,大功率晶闸管投入使用,为SR电动机的研究和发展奠定了重要的物质基础。

到了70年代中期,英国的Leeds(里兹)大学和Nottingham (诺丁汉)大学组成的研究小组,共同研制了以驱动电动车辆为目的的SRD装置。

随后英国TASC电机有限公司、BJD公司对SR电机进行了较深入的应用于研究。

进入80年代,结构简单、成本低、调速性能好的SRD已成为电工界中新的热门话题,美国、加拿大、印度、南斯拉夫、新加坡等国家也相继展开对SR 电动机的研究和开发工作,并取得了一定成果。

我国于1984年左右也以较高的起点开始SRD的研究、开发工作,1992年初成立了中国电工技术学会中小型电机专业委员会下设的开关磁阻电机学组,以推动开关磁阻电机研究工作的进一步发展。

(完整word版)开关磁阻电机发展概况及市场趋势(word文档良心出品)

(完整word版)开关磁阻电机发展概况及市场趋势(word文档良心出品)

开关磁阻电机发展概况及市场趋势发布人:kzcd 发布时间:2005-3-4摘要:作为一种新型调速驱动系统,开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性,愈来愈得到人们的认可和应用。

随着对开关磁阻电机认识的深入,其应用必将更为普遍。

关键词:开关磁阻电机、驱动系统一、开关磁阻电机发展简介开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统,具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者,引起各国学者和企业界的广泛关注。

跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。

目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。

1970年,英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)雏形,这是关于开关磁阻电机最早的研究。

1972年,进一步对带半导体开关的小功率电动机(10w~1kw)进行了研究。

到了1975年有了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。

1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRD Ltd.),专门进行SRD系统的研究、开发和设计。

1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列产品,该产品命名为OULTON。

1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。

另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统,到1986年已运行500km。

该产品的出现,在电气传动界引起不小的反响。

在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。

从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看,对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。

中英文翻译--开关磁阻电机的前景{修}

中英文翻译--开关磁阻电机的前景{修}

开关磁阻电机的前景一、开关磁阻电机发展简介开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统,具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者,引起各国学者和企业界的广泛关注。

跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。

目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。

1970年,英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)雏形,这是关于开关磁阻电机最早的研究。

1972年,进一步对带半导体开关的小功率电动机(10w~1kw)进行了研究。

到了1975年有了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装臵。

1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装臵有限公司(SRD Ltd.),专门进行SRD系统的研究、开发和设计。

1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列产品,该产品命名为OULTON。

1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。

另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统,到1986年已运行500km。

该产品的出现,在电气传动界引起不小的反响。

在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。

从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看,对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。

对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。

二、原理简介及优越性简介开关磁阻电动机驱动系统(SRD)是较为复杂的机电一体化装臵,SRD的运行需要在线实时检测的反馈量一般有转子位臵、速度及电流等,然后根据控制目标综合这些信息给出控制指令,实现运行控制及保护等功能。

开关磁阻电机发展概况

开关磁阻电机发展概况

开关磁阻电机发展概况1 发展简介开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)最早可以追溯到1970年,英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机雏形。

到1972年进一步对带半导体开关的小功率电动机(10w~1kw)进行了研究。

1975年有了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。

1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRD Ltd.),专门进行SRD系统的研究、开发和设计。

1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列产品,该产品命名为OULTON。

1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。

另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统,到1986年已运行500km。

该产品的出现,在电气传动界引起不小的反响。

在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。

下表是当时对几种常用变速传动系统各项主要经济指标所作的比较。

成本 1.0 1.5 1.0美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家也都开展了SRD系统的研制工作。

在国外的应用中,SRD一般用于牵引中,例如电瓶车和电动汽车。

同时高速性能是SRD的一个特长的方向。

据报道,美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。

我国大约在1985年才开始对SRD系统进行研究。

SRD系统的研究已被列入我国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。

华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车,在“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车,均取得了较好的运行效果。

纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机,煤矿牵引及电动车辆等,取得了显著的经济效益。

从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看,对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。

开关磁阻电机1

开关磁阻电机1

开关磁阻电机一、开关磁阻电机发展简介开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的猛烈发展而发展起来的一种新型调速驱动系统,具有结构简单、运行可靠及效率高等突出优点,成为直流电机调速系统、交流电机调速系统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者,引起各国学者和企业界的广泛关注,目前开关磁阻电机已开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。

图1--1 开关磁阻电动机调速系统构成开关磁阻电机的基本概念可追溯到19世纪40年代,1842年,英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。

20世纪60年代,大功率晶闸管的出现为SR电机的研究发展提供了重要的物质条件。

1967年,英国的Leeds大学开始对SR电机进行深入研究;直到1970年左右,研究结果表明:SR电机可以在单相电流下四象限运行,功率变换器无论是用晶体管还是用普通晶闸管,所需开关数都是最少的;电动机成本也明显低于同容量的感应电动机。

20年代70年代初,美国福特公司研制出最早开关磁阻电机的调速系统,其结构为轴向气隙电动机,具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力,适合于蓄电池供电的电动车辆的转动。

1980年Leeds大学的Lawrenson教授及其同事总结出了自己的研究成果,发表了题为“Variable--Speed Switched Reluctance Motors”的论文,系统阐述了开关磁阻电机的基本原理与设计特点,并得出了新型磁阻电机的单位出力可以与交流感应电机相媲美甚至还略占优势的结论。

1983年英国TASC公司推出了Oulton系列通用SRD调速产品,问世不久便受到了各国电气传动界的广泛重视。

从1984年开始,我国许多单位先后开展了SRD研究,在借鉴国外经验的基础上,我国SR电机的研究发展很快。

2000年,国内100KW以上的SR电机已应用于煤矿的采煤机,目前已将180KW的SR电机应用于地铁机车的牵引,应形成一些SRD系列商品,最大功率达几十到上百千瓦。

《开关磁阻电机》课件

关磁阻电机在电动汽车领域的应用也越来越广泛。
电动汽车的驱动系统需要能够提供更高的扭矩和功率,同时还要具备较 高的可靠性和效率。开关磁阻电机能够满足这些要求,因此在一些高端 电动汽车中得到了应用。
在工业领域的应用
工业领域是开关磁阻电机的重要应用领 域之一,特别是在需要高扭矩、高可靠
性、高效率和高寿命的场合。
发展
开关磁阻电机在发展过程中不断改进和优化,以提高效率、降低成本、减小体积和重量等方面取得显著进展。目 前,开关磁阻电机已经在工业自动化、电动车、家用电器等领域得到广泛应用。
特点与优势
特点
开关磁阻电机具有结构简单、成本低、可靠性高、效率高、调速范围宽等优点。
开关磁阻电机具有更高的能效和可靠性,适 用于需要频繁启动、制动和调速的场合。此外,开关磁阻电机的控制系统简单, 维护方便,适用于各种恶劣环境。
开关磁阻电机的设计、制造和控制系 统已经得到了很大的发展,但仍存在 一些挑战和问题需要进一步研究和解 决。
对未来研究的展望
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高,开关磁阻电 机的性能和功能需要进一步优化和完善。
未来的研究将更加注重开关磁阻电机的智能化、高效化、 小型化和轻量化等方面的研究,以适应更加复杂和多变的 应用场景。
在工业领域中,开关磁阻电机主要用于 驱动各种机械设备,如压缩机、泵、风 机、传送带等。由于其高效、可靠、维 护成本低等优点,开关磁阻电机在工业
领域中得到了广泛应用。
在工业自动化和智能制造领域,开关磁 阻电机的高效性和可靠性也得到了广泛 应用,如机器人关节驱动、自动化生产
线等。
在家用电器领域的应用
家用电器是开关磁阻电机的重要应用领域之一,特别是在需要高效、低噪音、低 维护成本的家电产品中。

开关磁阻电机的发展及其在煤炭行业中的应用

感谢您使用PDF插入页面软件(PDFdo PDF Insert Page)./2012年山东公务员考试(省市)申论真题给定资料1.位于山西省南部的安康、汉中、商洛三市,地质条件差,经常遭受洪水、滑坡和泥石流灾害,平均每三年就发生一次洪灾。

多点域,突发性,毁灭性的地质灾害给当地居民生命财产造成巨大的损失。

山西省国土资源厅有关资料,2011年至2010年,陕南地区共发生地质灾害两千多起,造成590多人死亡或失踪,直接经济损失460亿元。

2010年7月8日,特大暴雨引发的泥石流灾害导致安康、汉中、商洛三市28个县区中,有24个县区遭受降雨侵袭,受灾人数177万。

其中因灾死亡73人,失踪121人,直接经济损失60多亿元,大竹园镇七堰村灾害最严重,道路、通讯、电力、供水等基础设施全部中断,全村22户78间房屋全部冲毁。

频发的自然灾害严重威胁着陕南人民的生产生活及其发展。

2010年,山西省委省政府在详细勘察陕南灾情后,下定决心对这些地区的居民进行搬迁,要让生活在危险边缘的群众长度摆脱自然灾害的困扰。

2010年12月7日,陕西省政府常务工作会议原则通过《陕南地区移民搬迁安置总体规划(2011-2012)》。

该规划决定从2011年启动“陕南地区移民搬迁安置”工程。

搬迁工程涉及安康、汉中、商洛三市共28个县区。

搬迁对象首先是受地质灾害洪涝灾害或其他灾害影响严重的村庄,特别是要把深山里居住条件最危险的农民搬迁出来。

时时离公路超过5公里、人口规模过小的偏远村庄等地也在搬迁之列。

到2020年,搬迁居民总数达240万人,超过安康、汉中、商洛三市的总人口数的1/4,也超过了139.76万人的三峡库区移民规模。

这些居民将按照城镇安置、移民新村安置、小村并大村和自主分散安置等方式选择新住宅建设用地,分期分批迁入新的居住区,根据不同情况,每户居民将获得一定数额的财政补助。

2.1990年,宁夏本省固地区一个叫禹万喜的农民和几个同乡离开了祖祖辈辈生活的老家,准备迁往一个未知的新家,陪他们上路的只有一辆破旧的农用车呵呵一张简陋的地图。

开关磁阻电机及其调速系统

第二章开关磁阻电机及其调速系统2.1 开关磁阻电机的发展概况磁阻式电机诞生于160年前,一直被认为是一种性能不高的电机。

然而通过近20年的研究与改进,使磁阻式电机的性能不断提高,目前已能在较大功率范围内不低于其它型式的电机[9]。

70年代初,美国福特电动机(Ford Motor)公司研制出最早的开关磁阻电机调速系统。

其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路,具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力,特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。

70年代中期,英国里兹(Leeds)大学和诺丁汉(Nottingham)大学,共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电机调速系统。

样机容量从10W至50KW,转速从750 r/min至10000 r/min,其系统效率和电机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。

该产品的出现,在电气传动界引起了不小的反响。

在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛使用的一些变速传动系统。

近年来,国内外已有众多高校、研究所和企业投入了开关磁阻电机调速系统的研究、开发和制造工作。

至今已推出了不同性能、不同用途的几十个系列的产品,应用于纺织、冶金、机械、汽车等行业中。

目前,在汽车行业意大利FIAT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都采用了开关磁阻电机。

SRM是没有任何形式的转子线圈和永久磁铁的无刷电动机,它的定子磁极和转子磁极都是凸的。

由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流,其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。

SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点,这是其它调速系统难以比拟的,作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。

然而目前SRM还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点,所以,它的广泛应用还受到限制。

2.2 开关磁阻电机的基本结构与特点开关磁阻电机为定、转子双凸极可变磁阻电机。

开关磁阻电机发展应用简介

开关磁阻电机技术发展及应用简介F35的通用电气F135发动机开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)是随着现代电力电子技术、控制技术及数字计算机技术的发展而出现的一种新型无级调速电机,是典型的机电一体化产品。

Switched Reluctance Motor, SRM开关磁阻电机Switched Reluctance Drivesystem, SRD 开关磁阻电机驱动系统《GB/T2900.25-2008电工术语旋转电机》对磁阻电机定义如下:磁阻电机Reluctance machine一种同步电机,其中一个部件(通常为静止部件)上装有互相适当排列的电枢绕组和励磁绕组或永久磁铁,而另一个部件(通常为旋转部件)上没有绕组,只具有若干规则的凸起部分。

由于利用了磁阻最小原理,故称为磁阻电动机,又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制,故称为开关磁阻电动机。

1983年,英国TASC Drive有限公司将世界第一台SR电机——oIllton装置(7.5KW,1500r/min)商品投放市场控制方式:电流斩波,电压斩波,角度位置控制等定子转子极对数:4/2,6/4,8/6,12/8,18/12,24/18开关磁阻电机技术应用已经应用行业:采煤采矿机驱动电机(英国SRD公司最早)抽油机牵引电机(中国)装载机牵引电机(美国莱图尔诺,轮毂牵引电机)电力机车牵引电机(中国,矿用)电动大巴(英国SRD公司、北京中纺锐力)、电动轿车(日本,主驱动电机,轮毂电机)、电动自行车牵引电机(美国最早,中国),电动工具(美国百得凿破机)、工业吸尘器(美国)、家用吸尘器(英国戴森)等驱动电机家用空调,洗衣机飞机发动机起动机,如美国F35战斗机,芯片厂商microchip美国的第四代战斗机F一35的主电源系统就采用美国SUNDSTRAND公司的80KW高转速的航空SRM起动/发电机。

这些研究成果表明:高速/超高速SRM可达到很高的功率密度,而且有高容错性,高可靠性等优点(美国汉胜公司(Hamilton Sundstrand))食品机械,药品反应釜/搅拌设备尚未应用行业:重型渣土车牵引动力,电动叉车驱动/液压电机,风机,水泵(潜水泵、高压锅炉泵),船舶推进动力,工业机器人动力国内最早应用研发项目:70年代后期,原纺织部北京纺织机电研究所研制纺织机械牵引动力,原合肥电机厂和合肥工业大学电机系合作研制军用鱼雷推进电机。

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开关磁阻电机发展概况1 发展简介开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)最早可以追溯到1970年,英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机雏形。

到1972年进一步对带半导体开关的小功率电动机(10w~1kw)进行了研究。

1975年有了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。

1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRD Ltd.),专门进行SRD系统的研究、开发和设计。

1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列产品,该产品命名为OULTON。

1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。

另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统,到1986年已运行500km。

该产品的出现,在电气传动界引起不小的反响。

在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。

下表是当时对几种常用变速传动系统各项主要经济指标所作的比较。

成本 1.0 1.5 1.0美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家也都开展了SRD系统的研制工作。

在国外的应用中,SRD一般用于牵引中,例如电瓶车和电动汽车。

同时高速性能是SRD的一个特长的方向。

据报道,美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。

我国大约在1985年才开始对SRD系统进行研究。

SRD系统的研究已被列入我国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。

华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车,在“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车,均取得了较好的运行效果。

纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机,煤矿牵引及电动车辆等,取得了显著的经济效益。

从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看,对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。

对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。

2 SRD系统的特点SR电机系统具有一些很有特色的优点:(1)电机结构简单、坚固、制造工艺简单,成本低,可工作于极高转速;定子线圈嵌放容易,端部尺寸短而牢固。

工作可靠,能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境;(2)损耗主要产生在定子,电机易于冷却;转子无永磁体高温退磁现象:可允许有较高的温度;(3)转矩方向与电流方向无关,因而可简化功率变换器,降低系统成本。

同时功率变换器不会出现直通故障,可靠性高;(4)起动转矩大,低速性能好,无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。

(5)调速范围宽,控制灵活,易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性;(6)在较广的转速和功率范围内具有较高的效率。

能四象限运行,具有较强的再生制动能力;(7)有很好的容错能力,可以缺相运行。

这些优点使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机等方面的到广泛的应用。

早期的SRD由于很少考虑电机的噪声,所有的样机或产品都具有相对较大的噪声,以至于成为SRD的一大特点而为人们接受。

同时,SRD还具有很大的转矩脉动。

目前,转矩脉动和噪声这两个突出问题已经制约了SRD的进一步推广和应用。

随着研究的深入,降低SR电机的噪声和减小转矩脉动成了SRD的研究热点。

3 SRD系统构成SRD系统主要由四部分组成:SR电机本体、功率变换器、控制器及位置和电流检测器。

它们之间的关系如图1所示:图1 开关磁阻电机驱动系统(SRD)框图3.1 SR电机本体SR电机本体是SRD的执行元件,如图2所示开关磁阻电机的电机结构原理图,电机为了增加出力而设计成双凸极结构,转子仅由硅钢叠片叠压而成,既无绕组也无永磁体;定子各极上有集中绕组,径向相对极的绕组串联,构成一相。

其工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合,因此磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。

若顺序给D-A-B-C-D相绕组通电,则转子便按逆时针方向连续转动起来。

当主开关管S1、S2导通时,A相绕组从直流电源V吸收电能;当S1、S2关断时,绕组电流通过续流二级管D1、D2将剩余的能量回馈给电源。

图2 典型的4相8/6极SRM横截面图3.2 功率变换器功率变换器是开关磁阻电动机运行时所需能量的供给者,是连接电源和电动机绕组的功率开关部件。

80年代初,主开关器件皆用SCR。

鉴于SRD电流脉冲峰值较大,而SCR电流峰值/平均电流比值高,能承受很大的浪涌冲击,一度被视为SRD中最理想的主开关器件。

但SCR无自关断能力,开关频率低,强迫换相电路成本高,可靠性差,构成的SRD总体性能有局限。

后来较多应用GTR,但GTR承受浪涌电流能力差,存在二次击穿问题,不易保护,限制了其在高压、大功率场合下的应用。

80年代中期,结合了SCR、GTR两者优点的GTO受到重视。

因GTO兼有自关断、快速开关能力,能承受较GTR高的电流、电压。

所以TASC Drives公司的OULTON SRD产品中均用GTO作主开关器件。

近年来,考虑到GTO在关断时要求相当大的反向控制电流,关断控制实现有难度,国外小功率SRD中常用MOSFET,较大功率则采用IGBT。

功率变换器的拓扑结构与传统逆变器有很大差异,具有多种形式,并且与开关磁阻电动机的相数、绕组连接形式有密切的关系。

其中,最常见的拓扑结构有:不对称半桥式、直流电源分裂式等。

3.3 控制器SR电机的运行离不开控制器,它是实现SR电机自同步运行和发挥优良性能的关键。

它综合位置检测器、电流检测器提供的电机转子位置、速度和电流等反馈信息,以及外部输入的命令,然后通过分析处理,决定控制策略,向SRD系统的功率变换器发出一系列开关信号,进而控制SR电动机的运行。

伴随着微电子器件的飞速发展,SR电机的控制系统也从早期的分立模拟器件组成的简单控制系统逐渐发展成为以高性能微控制器为核心的数字化控制系统,相应地专为电机控制设计的高性能数字信号处理器(DSP)给各种高级复杂控制策略的实现提供了可能。

数字控制器由具有较强的信息处理功能的CPU和数字逻辑电路及接口电路等部分组成。

数字控制器的信息处理功能大部分是由软件完成。

因此,软件也是控制器的一个重要组成部分。

软、硬件的配合是否恰当,对控制器的性能将产生重大影响。

3.4 位置、电流检测器位置检测器是转子位置及速度等信号的提供者。

它及时向控制器提供定、转子极间相对位置的信号。

常见的位置检测方案有光敏式、磁敏式及接近开关等含机械的检测方案。

电流检测器向控制器提供SR电机绕组的电流信息,常见的电流检测方案有:电阻采样、霍尔元件采样和磁敏电阻采样等。

4 SRD系统研究热点针对SRD系统的特点,国内外学者正在进行以下几个方面的深入研究。

4.1 功率变换器拓扑结构设计由于SRD系统的性能和成本很大程度上取决于功率变换器的性能和成本,因此功率变换器的研究意义重大,目前研究主要集中在功率变换器拓扑结构设计、主开关器件的选择和使用等方面。

SRD系统功率变换器是由一定数量的电力电子器件按照一定的拓扑结构组合而成。

SRD系统功率变换器研究初期,最少量主开关器件的拓扑结构曾是研究的热点,这是因为主开关器件的减少,意味者相应的驱动电路、缓冲电路以及功率损耗等相应减少,因此系统的体积以及成本会全面降低。

随着研究深入,这种观点不再特别突出,主要原因是各种以减少主开关器件数目的拓扑结构在减少主开关器件数目的同时,又引进了其他诸如电容、电感等无源储能元件以及辅助开关器件,系统的体积与成本并未显著降低,其实质只是通过增加单个主开关器件的容量来减少主开关器件的数目。

因此更理想的功率变换器拓扑结构应该为:(1)能够独立、快速又精确地对SR电机各相相电流进行控制;(2)磁场储能尽可能地转换为机械能输出,当向电源回馈时应高效、快速;(3)驱动同等功率等级的SR电机,具有最小的伏安容量,或者同等伏安容量,可以驱动更高功率等级的SR电机;(4)每相主开关器件数目最少。

4.2 多目标优化控制在控制参数的优化方面,根据不同的系统要求,可选取不同的目标函数,如系统的效率最高、平均转矩最大、转矩脉动系数最小等。

由于SRD控制参数多、电机模型复杂,使得优化过程计算量大,而且得到的只是针对单个系统的优化结果。

与传统的电机调速系统相比,SRD系统实现优化控制的难度要高一些。

但是随着各种控制理论在传统电机调速系统中应用的研究日益深入,它们在SRD系统中的应用也逐渐增多。

如采用传统的PI调节器,以斩波电流限为控制变量,实现了SR电机的转速和转矩控制。

一些现代的控制理论和方法在SR 电机的控制中也得到了应用,如模糊控制、模糊控制与PI控制结合在一起的混合式调节、滑模控制,自适应控制、线性回馈控制以及人工神经网络控制等。

这些现代控制技术的使用部分解决了SRD系统的非线性多变量强耦合问题,但离实用技术还有一定距离,主要表现在一些控制技术中为设计目的提出的模型太过复杂而难以用于SR电机实时控制,而有的为控制目的提出的模型则过于简单而影响了控制的实际效果,或者因控制参数难于确定而失去实用的价值。

但随着微电子技术和高级控制技术的发展,这些控制技术必将在SRD系统中得到切实应用。

4.3 消除转矩脉动控制SR电机转矩脉动产生机理较为复杂,受到许多因素的影响,如电机结构、几何尺寸、绕组匝数、转速及控制参数等。

由于SRM的双凸极结构,电磁特性以及开关的非线性影响,采用传统控制策略得到的合成转矩不是一恒定转矩,因而导致了相当大的转矩脉动。

这点限制了SRD在很多直接驱动领域的应用。

提出有效减小转矩脉动的方法具有十分重要的意义。

目前已有很多文献论及这个领域,取得了一定的效果。

4.4 低噪声控制针对SR电机本体,噪声是一个非常突出和有待解决的问题。

早期的SRD由于很少考虑电机的噪声,所有的样机或产品都具有相对较大的噪声,以至于成为SRD的一大特点而为人们接受。

随着研究的深入和SR电机应用的日益广泛,降低SR电机的噪声成了一个关键的研究课题。

4.5 无转子位置检测位置检测是SR电机同步运行的基础,也是SR电机区别于步进电机的主要方面之一,SR电机的各种高级控制技术都是以高精度的位置检测为首要条件,为了得到良好的性能,SR电机的控制器需要知道转子的位置信息。

目前普遍采用外装光电式或磁敏式等轴位置检测器,这不仅增加了系统的体积和成本,而且降低了系统的可靠性。

为了消除轴位置检测器这一不利因素,无转子位置检测技术成为SR 电机研究的一大热点。

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