開(kāi)關(guān)磁阻電機
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- 發(fā)布時(shí)間：2014/9/5 10:35:05
- 作者：銀河電氣
開(kāi)關(guān)磁阻電機（Switched Reluctance Motor, SRM）是隨著(zhù)現代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)及數字計算機技術(shù)的發(fā)展而出現的一種新型無(wú)級調速電機，是典型的機電一體化產(chǎn)品。
《GB/T 2900.25-2008 電工術(shù)語(yǔ) 旋轉電機》對磁阻電機定義如下：
磁阻電機 Reluctance machine
一種同步電機，其中一個(gè)部件（通常為靜止部件）上裝有互相適當排列的電樞繞組和勵磁繞組或永久磁鐵，而另一個(gè)部件（通常為旋轉部件）上沒(méi)有繞組，只具有若干規則的凸起部分。
由于利用了磁阻最小原理，故稱(chēng)為磁阻電動(dòng)機，又由于線(xiàn)圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱(chēng)為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機。
一開(kāi)關(guān)磁阻電機特征
“開(kāi)關(guān)磁阻電機”一詞源于美國學(xué)者S.A.Nasar1969年撰寫(xiě)的論文中，描述了開(kāi)關(guān)磁阻電機的兩個(gè)基本特征：
1、 開(kāi)關(guān)性---電機必須工作在連續的開(kāi)關(guān)模式，這也是為什么繼各種新型功率半導體器件發(fā)展后開(kāi)關(guān)磁阻電機才得以發(fā)展的主要原因。
2、 磁阻性---定、轉子具有可變磁阻回路。
二開(kāi)關(guān)磁阻電機的結構及工作原理
開(kāi)關(guān)磁阻電機的定子和轉子都是凸極結構，即雙凸極結構，轉子、定子極數不相等，轉子和定子鐵芯由導磁良好的硅鋼片壓制而成，轉子鐵芯無(wú)繞組，定子凸極上有集中繞組。與普通電機一樣，轉子、定子之間有很小的氣隙，轉子可以在定子內自由旋轉，開(kāi)關(guān)磁阻電機根據轉子、定子極數不同可以有多種不同相數的結構，比如定子有6個(gè)極，轉子有4個(gè)極，6/4結構三相開(kāi)關(guān)磁阻電機，如圖1所示。
圖1 6/4結構三相開(kāi)關(guān)磁阻電機
圖中，定子徑向相對的兩繞組串聯(lián)成一相，比如AX相、BY相、CZ相，轉子徑向的凸極構成一組。由于定子極數與轉子極數不相等，所以定子極距和轉子的極距不相等，當任意相定子凸極中心線(xiàn)與轉子凸極中心線(xiàn)重合時(shí)，另外一組轉子凸極中性線(xiàn)與定子其他相凸極中性線(xiàn)錯開(kāi)。
如圖2所示6/4結構開(kāi)關(guān)磁阻電機運轉截面圖，當A相接通電源產(chǎn)生磁通，利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，此時(shí)由于A(yíng)相繞組對應的定子凸極中性線(xiàn)與轉子凸極中性線(xiàn)不重合，磁阻不是最小，磁場(chǎng)就會(huì )產(chǎn)生拉力，牽引最近的轉子凸極轉到磁阻最小的位置，如圖2轉子逆時(shí)針轉動(dòng)100、200，直到轉子凸極轉到300與A相繞組對應的定子凸極重合為止，此時(shí)磁阻最小。
圖2 開(kāi)關(guān)磁阻電機工作原理示意圖
為了使轉子繼續轉動(dòng)，在轉子凸極轉到300之前就斷開(kāi)A相電源，在300時(shí)接通B相電源，此時(shí)，B相繞組產(chǎn)生磁通，牽引最近轉子凸極繼續逆時(shí)針轉動(dòng)400、500，如圖3所示。
圖3 開(kāi)關(guān)磁阻電機工作原理示意圖
在轉子轉到600之前就切斷B相電源，在600時(shí)接通C相電源，C相繞組產(chǎn)生磁通，牽引最近轉子凸極逆時(shí)針轉動(dòng)700、800，如圖4所示。
圖4 開(kāi)關(guān)磁阻電機工作原理示意圖
在轉子轉到900之前就切斷C相電源，在900時(shí)接通A相電源，回到圖2中所示的狀態(tài)，轉子就這樣不停的旋轉。
由工作原理可以看出，如果以圖2中00所示轉子相對于定子的位置為初始狀態(tài)，以A-B-C-A順序給相應的繞組通電，轉子則會(huì )逆時(shí)針轉動(dòng)起來(lái)，若以B-A-C-B順序給繞組通電，轉子則會(huì )順時(shí)針旋轉起來(lái)，所以開(kāi)關(guān)磁阻電機的轉向取決于相繞組的通電順序，與相繞組的通電方向無(wú)關(guān)。
開(kāi)關(guān)磁阻電機通過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管向定子繞組供電，如圖5所示，BG1、BG2、BG3為三個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，分別控制三相繞組的電流通斷，三極管旁邊的二極管起續流作用，由于相繞組電源切斷后產(chǎn)生的自感電流不會(huì )立即消失，二極管和三極管形成回路，使產(chǎn)生的自感電流在回路中以續流方式消耗。
圖5 功率變換器與三相繞組的連接示意圖
三開(kāi)關(guān)磁阻電機的控制方式
開(kāi)關(guān)磁阻電機的控制方式指電機運行時(shí)對一些參數進(jìn)行控制，使電機達到理想的運行轉速、轉矩等，并使其保持較高的運行效率。開(kāi)關(guān)磁阻電機控制方式主要是通過(guò)相繞組兩端電壓U、開(kāi)通角θon和關(guān)斷角θoff三個(gè)可控參數進(jìn)行控制?？刂品绞揭话惴譃椋?/div>
1、 角度控制方式：當施加于相繞組的電壓不變的情況下，調節開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通角θon和關(guān)斷角θoff的值，實(shí)現轉矩和轉速的控制。
2、 電流斬波控制方式：設定一電流上下限值，當檢測到相繞組電流達到該設定上限值時(shí)，關(guān)斷此繞組的開(kāi)關(guān)器件，使電流下降；當相繞組電流降至該設定下限值時(shí)，導通此繞組開(kāi)關(guān)器件，電流上升，反復通斷，使電流值在設定上下限值內波動(dòng)，防止過(guò)電流和電流峰值現象，這樣，電機轉速在負載的擾動(dòng)下變化時(shí)，電機轉矩不會(huì )自動(dòng)改變。
3、 電壓PWM控制方式：保持開(kāi)通角θon和關(guān)斷角θoff不變，通過(guò)調節電壓的
PWM占空比來(lái)調節相繞組電壓，以改變相繞組電流，達到調節轉矩和轉速的目的。
為了確保各相繞組電流的準確開(kāi)通和關(guān)斷，電機還裝有轉子位置檢測裝置，使控制器通過(guò)對轉子的位置信號和控制參數，正確的決定各相繞組的通斷。
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