专题报告基本要点：1．开关磁阻电机发展历史；2．电机分类及未来的发展；3．开关磁阻电机的基本原理；4．开关磁阻电机设计概要；4．开关磁阻电机控制理论及方法
订出利拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 、开关磁阻电机发展历史 1838年,英格兰学者 Davidson制造了一台蓄电池机车的驱动系统 1970年代,英国 Leeds大学步进电机和磁阻电机研究小组首创了 台现代开关磁阻电机的维形。 1980年, Lawrenson及其同事在ICEM会议上,发表著名论文“开关 磁阻调速电动机”,阐述了SR电机的原理及设计特点。 开关磁阻电动机(SRM)是开关磁阻电机驱动系统(SRD)中实现 机电能量转换的部件,也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要杉 SRM系双凸极可变磁阻电动机,其定、转子的凸极均由普通硅钢 片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组,SR 电动机应用较多的是四相(8/6)结构和三相(12/8)结构。目前开 关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步,已成功地应用于电动车 驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域,功率范围从10W 到5MW,最大速度高达100,000r/min 订出拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 电机分类及未来的发展 电机可以根据转矩产生的机理大致分为两大类: ■电磁类:由电磁作用原理产生转矩; 磁阻类:由磁阻变化原理产生转矩。 在电磁类电机中,运动是定、转子两个磁场相互作用的结果,其原理 符合电机统一理论的电磁转矩公式 在磁阻类电机中,运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的。遵循 “磁阻最小原则”,即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。因此,当转子 轴线与定子磁极的轴线不重合时,便会有磁阻力作用在转子上并产生转矩 使其趋向于磁阻最小的位置。即两轴线重合位置,这类似于磁铁吸引铁质 物质的现象。开关磁阻电机就是属于这一类型的电机 磁阻类电机包括:步进电机( Steper)、开关磁阻电机(SRM)、混合 励磁开关磁阻电机( HESRM、同步磁阻电机( SynRM)。同步磁阻电机又称 为混合永磁同步电机( HPMSM)。 订出拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 常用电机的基本类型 Ighe PMSM Internal efficiency mounted Pm Permanent and/ or magnet Surface reliability Sinusoidal mounted Pm Synchronous Wound field Trapezoidal AC ACIM STM32 motor control FW library Asynchronous Squirrel cage available wound rotor Electric motors DC Also supported by ST products Stepper riable reluctance Switched reluctance ACIM: 3-phase induction motor Universal PMSM: 3-phase permanent magnet synchronous motor 订出拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 、开关磁阻电机的基本原理 3.1开关磁阻电机结构特点 Switched Reluctance Motor (SRM) ①定转子双凸极结构; ②定子各极上绕有集中线圈 转子上无绕组,无永磁铁 仅有硅钢片叠压而成 按照“磁阻最小化原理”, 生磁阻转矩; ⑤按转子位置给定子绕组逐次 供电运行,属同步电机。 三相12/8极开关磁阻电机结构原理图 订出利拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 油封前端盖 、轴承、转子 机座、轴承 、波型垫圈 8、连接端盖 9、位置检测器 、后端盖 、定子 Q 0 ll 5 开关磁阻电机结构组件示意图 订出利拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2开关磁阻电机机械特性 SRM传统的控制方式: 1.电流斩波控制(cCC) 恒转矩区,恒功率区、串励特性区 Chopped Current Control 2.角度位置控制(APC) 方式、 方式 r Angular position Control r r O b SC 开关磁阻电机机械特性 订出拉大 现DE作 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3开关磁阻电机应用特性 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 ②定子线圈嵌放容易,端部短而牢固,工作可靠,能适用于各种恶劣 髙温甚至强振动环境 ③损耗主要产生在定子,电机易于冷却;转子无永磁体,可允许有较高 的温升。 ④转矩方向与电流方向无关,从而可最大限度简化功率变换器,降低系 统成本。 ⑤功率变换器不会出现直通故障,可靠性高 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。 ⑦调速范围宽,控制灵活,易于实现各种特殊要求的转矩一速度特性 ⑧在宽广的转速和功率范围内都具有高效率 ⑨能四象限运行,具有较强的再生制动能力。 ⑩0容错能力强。开关磁阻电机的容错体现在电机某一相损坏,电机照样 可以运行。 订出拉大 E你座 HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4开关磁阻电机应用示例 空压机、离心风机; 风力发电:垂直轴直驱式风力发电 矿山机械:环境恶劣,频繁启停,频繁正反转场合: 四、电动牵引车辆:高速列车(CRH- China railway high speed)、电动汽车(EV)及其它特种车辆