【习题】2-4 开关磁阻电机结构与检修

《新能源汽车驱动电机及控制系统检修》习题（教师版）项目二新能源汽车驱动电机检修任务四开关磁阻电机结构与检修一、填空题（2分/空，共36分）1.开关磁阻电机是一种定子有绕组、转子无绕组，且定子、转子均采用凸极结构的电动机。2.由于这种电动机在工作时需要用开关不断切换绕组供电，并且是利用磁阻最小原理工作，所以称为开关磁阻电动机。3.开关磁阻电机拥有简单的双凸极结构，定子与转子的材料都是硅钢，制作工艺是叠压技术。转子上无绕组和永磁体,定子上存在绕组,其结构十分简单。4.转子的作用是构成定子磁场磁通路，并在磁场力的作用下转动，产生电磁转矩。5.定子极上径向相对的两个绕组可以串联或并联在一起成为一相绕组。6.开关磁阻电机可以设计成多种不同的相数结构，且定子、转子的极数有多种不同的搭配，可以设计成单相、两相、三相、四相及多相等不同相数结构。7.开关磁阻电动机的结构与工作原理与步进电动机的相似，都是遵循“磁阻最小原理”。8.控制开关磁阻电动机的主要运行参数有相开通角、相关断角、相电流幅值及相绕组电压等。9.开关磁阻电机转子机械强度极高，可以用于超高速运转。10.定子的作用是定子绕组按顺序通电，产生的电磁力牵引转子转动。二、单选题（4分/题，共20分）1.定子凸极的个数也是偶数，最少的有6个，最多的有（B）。A.16个B.18个C.20个D.30个2.实际应用的开关磁阻电机的转子凸极最少有4个(2对)，最多有（A）。A.16个B.18个C.20个D.30个3.电机结构十分的简单，而且便于进行控制，然而功能较为单一的类型是(D)。A.四相开关磁阻B.三相开关磁阻C.双相开关磁阻D.单相开关磁阻4.具备极为广泛使用范围的是(B)。A.四相开关磁阻B.三相开关磁阻C.双相开关磁阻D.单相开关磁阻5.极其难以控制，并且成本高，但其运行性能有所提高的是(A)。A.四相开关磁阻B.三相开关磁阻C.双相开关磁阻D.单相开关磁阻三、判断题（4分/题，共24分）1.开关磁阻电动机的结构比通常认为的复杂。其突出优点是转子上没有任何形式的绕组，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不合适及使用中的断条等问题。（×）2.在定子方面，开关磁阻电动机有几个集中绕组，因此制造简便，绝缘容易。（√）3.从电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩，而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个旋转磁场，电动机才能正常运转。（√）4.低启动电流控制器从电源侧吸收较多的电流，在电动机侧得到较大的启动转矩是磁阻电动机的一大特点。（×）5.根据对电动机的运行要求和电动机的情况，可采用不同控制方法和参数值，使其运行于最佳状态。（√）6.因为开关磁阻电动机的转子不存在绕组铜损，加上可控参数少，灵活方便，故易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。（×）四、简答题（4分/题，共20分）1.您对开关磁阻电机了解吗？请简要描述开关磁阻电机的结构及其作用。参考答案：开关磁阻电机拥有简单的双凸极结构，定子与转子的材料都是硅钢，制作工艺是叠压技术。转子上无绕组和永磁体,定子上存在绕组,其结构十分简单。转子的作用是构成定子磁场磁通路，并在磁场力的作用下转动，产生电磁转矩。转子的凸极个数为偶数。实际应用的开关磁阻电机的转子凸极最少有4个(2对)，最多有16个(8对)。定子的作用是定子绕组按顺序通电，产生的电磁力牵引转子转动。定子凸极的个数也是偶数，最少的有6个，最多的有18个。2.想一想，什么是开关磁阻电机？说说开关磁阻电机的概念与特点。参考答案：开关磁阻电机是一种定子有绕组、转子无绕组，且定子、转子均采用凸极结构的电动机。由于这种电动机在工作时需要用开关不断切换绕组供电，并且是利用磁阻最小原理工作，所以称为开关磁阻电动机。它具有结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高，适于高速与恶劣环境运行等优点，由其构成的传动系统具有交、直流传动系统所没有的优点。3.根据您对开关磁阻电机的认知，您知道开关磁阻电机的缺点有哪些吗？请列举出来。参考答案：（1）转矩有脉动现象。开关磁阻电动机的磁场是跳跃性旋转的，使得开关磁阻电动机输出的转速与转矩产生脉动现象。（2）振动与噪声。开关磁阻电动机的转速与转矩有脉动现象，加上单边磁拉力的作用，因此一般开关磁阻电动机产生的振动与噪声比其他类型的电动机大。（3）控制系统复杂。开关磁阻电动机必须安装位置检测器和电流检测器等总成，所以引线比其他电动机要多，控制和接线变得更复杂。（4）脉冲电流对供电电源有影响。开关磁阻电动机的相电流是脉冲电流，这就会对为它供电的直流电源产生很大的脉冲电流。近年来，电动汽车电动机驱动系统主要是开发系列化的交流异步电动机驱动系统、永磁无刷电动机驱动系统和开关磁阻电动机驱动系统。与原来的直流有刷电动机驱动系统相比，以上驱动系统具有明显优势，其突出优点是体积小，重量轻，调速范围广，可靠性高。4.想一想，开关磁阻电机的优点有哪些呢？请列出至少4项开关磁阻电机的优点。参考答案：（1）结构简单，成本低开关磁阻电动机的结构比通常认为的简单。其突出优点是转子上没有任何形式的绕组，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不合适及使用中的断条等问题。其转子机械强度极高，可以用于超高速运转。在定子方面，它有几个集中绕组，因此制造简便，绝缘容易。（2）功率电路简单可靠因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关，并且每个功率开关元件均直接与电动机绕组相串联，从根本上避免了直通短路现象。因此开关磁阻电动机调速系统中功率电路的保护电路可以简化，既降低了成本，又提高了工作可靠性。（3）各相可以独立工作，可靠性高从电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩，而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个旋转磁场，电动机才能正常运转。从控制器结构上看，各相电路各自给一相绕组供电，一般也是相互独立工作。由此可知，当电动机一相绕组或控制器一相电路发生故障时，只需停止该相工作，电动机除总输出功率能力有所减小外，并无其他问题。因此该系统可靠性极高，可以适用于宇航、电动汽车等使用。（4）启动电流小，转矩大低启动电流控制器从电源侧吸收较少的电流，在电动机侧得到较大的启动转矩是磁阻电动机的一大特点。因此开关磁阻电动机很适合电动车辆等需要重载启动和较长时间低速重载运行的机械。（5）适用于频繁启、停及正、反向转换运行开关磁阻电动机具有低启动电流、高启动转矩的特点，使其在启动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小，可控参数多，调速性能好。控制开关磁阻电动机的主要运行参数有相开通角、相关断角、相电流幅值及相绕组电压等。因而可控参数多，控制灵活方便。根据对电动机的运行要求和电动机的情况，可采用不同控制方法和参数值，使其运行于最佳状态。还可使其实现各种不同的功能和特定的特性曲线。如使电动机具有完全相同的四象限运行（即正转、反转、电动、制动）能力，并具有高启动转矩和串激电动机的负载能力曲线。（6）损耗小，效率高因为开关磁阻电动机的转子不存在绕组铜损，加上可控参数多，灵活方便，故易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。其效率在很宽范围内都在87%以下。（7）易于回收利用定子和转子材料使用磁铁，都是常见硅钢片，因而材料容易得到且回收利用容易。（8）高温运转性能好