第4章-2-开关磁阻电机.ppt

开关磁阻电动机及其控制系统朱曰莹zyy第4章电驱动系统 4 11开关磁阻电机结构组成4 12开关磁阻电机工作原理4 13开关磁阻电动机的相数与结构4 14开关磁阻电机基本方程与性能4 15开关磁阻电机控制策略4 16开关磁阻电机功率变换器4 17开关磁阻电机控制系统实现 4 11开关磁阻电机结构组成 开关磁阻电机驱动系统组成 SRD 开关磁阻电机结构 定子 转子 转子凸极 定子凸极及绕组 开关磁阻电机结构特点 双凸极结构 定子集中绕组 转子无绕组 转子无永磁体 4 12开关磁阻电机工作原理 磁阻最小原理 磁通总要沿着磁阻最小路径闭合 一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时 必定使自己的轴线与主磁场的轴线重合 气隙 N S A A 通电 1 1 与A A 重合B B 通电 2 2 与B B 重合C C 通电 3 3 与C C 重合D D 通电 1 1 与D D 重合 依次给A B C D绕组通电 转子逆励磁顺序方向旋转 4 12开关磁阻电机工作原理 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 A C B A C B A A B B C C 12 8极三相开关磁阻电动机 A C B A C B A A B B C C 12 8极三相开关磁阻电动机 A C B A C B A A B B C C 12 8极三相开关磁阻电动机 A C B A C B A A B B C C 12 8极三相开关磁阻电动机 A C B A C B A A B B C C 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 12 8极三相开关磁阻电动机 1 依次给A C B绕组通电 转子逆励磁顺序方向旋转 2 转矩方向与电流无关 3 需要根据定 转子相对位置励磁 需要与控制器一同使用 4 通电一周期 转过一个转子极距角 tr 360 Nr 5 步距角 qb tr m 360 mNr 规律总结 4 13开关磁阻电动机的相数与结构 相数与极数关系 4 13开关磁阻电动机的相数与结构 相数3456789定子极数681012141618转子极数46810121416步进角 度 3015964 283 212 5 开关磁阻电机常用方案 相数与转矩 性能关系 相数越大 转矩脉动越小 但成本越高 故常用三相 四相 还有学者在研究两相 单相SRM 低于三相的SRM没有自起动能力 常用开关磁阻电机方案结构 两相4 2结构 三相6 4结构 四相8 6结构 六相12 10结构 4 14开关磁阻电机基本方程及性能 SRM系统示意图 电路方程 第k相绕组的相电压平衡方程 磁链方程 电路方程 机械运动方程 式中Te 电磁转矩 J 系统的转动惯量 D 摩擦系数 TL 负载转矩 电磁转矩 磁共能的表达式为 SR电机的瞬时电磁转矩Te可由磁共能Wc导出 SR电机的平均电磁转矩Tav 基于理想线性模型的SR电动机分析 线性模型 不计磁路饱和 假定绕组电感与电流无关 此时电感只与转子位置有关 10 2 3 0 4 5 1位置 rotor 1 基于理想线性模型的SR电动机分析 0o 基于理想线性模型的SR电动机分析 0位置 2 基于理想线性模型的SR电动机分析 2位置 rotor 3 基于理想线性模型的SR电动机分析 3位置 4 基于理想线性模型的SR电动机分析 4位置 rotor 5 基于理想线性模型的SR电动机分析 5位置 0定子磁极轴线与转子凹槽中心重合 1 5 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 2转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 3转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置 4转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 基于理想线性模型的SR电动机分析 10 2 3 0 4 5 SR电机绕组电感的分段线性解析式 K Lmax Lmin 3 2 Lmax Lmin s 特征 随定 转子磁极重叠的增加和减少 相电感在Lmax和Lmin之间线性地变化 SR电机转矩的分段线性解析式 Li W i 2 Li2 2 1 电感对位置角度变化率越大 转矩越大 2 电磁转矩的大小和电流平方成正比 3 电感上升阶段 产生正转矩 反之 负转矩 4 提前导通利于增大转矩 5 制动转矩的存在使主开关关断时刻不能太迟 规律 定性 总结 SR电机转矩的分段线性解析 on 2 在电感上升前开通 迅速建立电流 以获得足够转矩 2 电感上升 使绕组电流下降 off 3 在电感达最大之前 绕组关断 绕组续流 3 z 4 z 2 off on 在电感下降之前 续流结束 否则会产生反向转矩 典型电流波形 两段线性处理 一段为饱和段 视为与 0的位置的磁化曲线平行 斜率为Lmin 一段为非饱和段 为L i 的不饱和段 准线性模型分析 准线性模型绕阻电感 某8 6SRM实际特性分析 磁通及磁力线分布 磁链特性 某8 6SRM实际特性分析 电感特性 某8 6SRM实际特性分析 互感特性 某8 6SRM实际特性分析 静态转矩特性 某8 6SRM实际特性分析 SR电动机的矩角特性 四相SR电动机的矩角特性 两相起动时合成转矩波形 SR电动机的矩角特性 基速以下 电流斩波控制 CCC 输出恒转矩 可控量为 Us on off 控制法1 固定 on off 通过电流斩波限制电流 得到恒转矩 控制法2 固定 on off 由速度设定值和实际值之差调制Us 进而改变转矩 基速以上 角度位置控制 APC 输出恒功率 4 15开关磁阻电动机的控制策略 设定电流上 下幅值的斩波图 4 15开关磁阻电动机的控制策略 设定电流上限和关断时间斩波图 4 15开关磁阻电动机的控制策略 PWM斩波调压控制的电流波形 4 15开关磁阻电动机的控制策略 APC运行时Tav与 on off的关系 4 15开关磁阻电动机的控制策略 控制方式的合理选择 4 15开关磁阻电动机的控制策略 功率变换器是直流电源和SRM的接口 起着将电能分配到SRM绕组中的作用 同时接受控制器的控制 由于SRM遵循 最小磁阻原理 工作 因此只需要单极性供电的功率变换器 功率变换器应能迅速从电源接受电能 又能迅速向电源回馈能量 4 16开关磁阻电动机功率变换器 对功率变换器主电路的要求 1 较少数量的主开关元件 2 可将全部电源电压加给电动机相绕组 3 主开关器件的电压额定值与电动机接近 4 具备迅速增加相绕组电流的能力 5 可通过主开关器件调制 有效地控制相电流 6 能将能量回馈给电源 4 16开关磁阻电动机功率变换器 1 双开关型 4 16开关磁阻电动机功率变换器 双开关型主电路又称为不对称半桥型主电路 4 16开关磁阻电动机功率变换器 工作制 AB BC CD DA 4 16开关磁阻电动机功率变换器 2 H桥型 4相8 6极SR电机主电路 4 16开关磁阻电动机功率变换器 主电路工作方式 V0导通V0关断 单管斩波方式 4 16开关磁阻电动机功率变换器 四相斩波方式 4 16开关磁阻电动机功率变换器 两相斩