开关磁阻电机1.pdf

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开关磁阻电机1pdf,开关磁阻电机1
by KONG 其工作原理遵循“磁阡最小原理”——一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DAB-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相绕组从自流电 源ν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。 大D1 大D2 S2 囹2典型的4柑$訊RM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。 30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,强迫换相电路成木高,可靠性差, 构成的SRD总体性能有局限。后来较多应川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GO受到重视。因GT0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0 ULTON SRD产品中均用GT0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屮常用 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、电流检测器提供的屯机转子位置、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 伴随着微电孑器件的飞速发展,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髙性能数字信号处理器(DSP)给各种高级复杂控 Created by KONG 制策眳的实现提供了可能。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人影响 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。 4SRD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儿个方面的深入研究。 4.1功率变换器拓扑结构设计 由于SRD系统的性能和成木很大程度上取决于功率变换器的性能和成木,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系统功率变換器硏究初期,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 观点不再特別突出,主要原因是各和以诚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电杋各相相电沇进行控尙 (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,亡们在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 模控訇,自适应控制、线性冋馈控制以及人工神经网终控制等。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 by KONG 定距离,主要表现在一些控制技术中为改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 几何尺小、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 及丌关的非线性影响,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川。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低噪声掉制 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,所有的样机或户品都具有相对较大的噪声,以至丁成为 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 了得釗良好的性能,SR电札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,无转子位置檢测技术 成为SR电机研究的一大热点

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