文档介绍：最新一代高效、节电电机之首:
开关磁阻电机及其数字化智能控制系统
磁阻动力,节能社会、助力国家
山东德森磁阻动力股份有限公司
山东磁阻和智能控制技术实验室
第一部分:
开关磁阻电机及其控制新系统基本说明

一、开关磁阻电机基本概念
开关磁阻电机(Switched Reluctance Drive :SRD)智能驱动系统,由开关磁阻电机本体及其智能控制系统两大部分构成,是全球范围内最新一代高效电动机,兼具直流、交流两类调速系统的优点,是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统,是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。
其电机部分由于是运用了磁阻最小原理,故称为磁阻电动机,又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制,故称为开关磁阻电动机。由机壳、定转子、电机轴和转子位置检测器构成。
智能控制系统,是开关磁阻电机的大脑,它综合位置检测器、电流检测器所提供的电机转子位置、速度和电流等反馈信息及外部输入的命令,通过自编程序进行分析处理,决定控制策略,向功率变换器发出执行命令,控制磁阻电机运行。控制器由微机、数字逻辑电路及接口电路等构成。
二、开关磁阻电机发展概况
1980年,Leeds大学的Lawrenson及其同事们发表论文《开关磁阻调速电动机》,标志着开关磁阻电机正式得到国际承认。
作为一种高性能的新型调速系统,SRD问世不久,引起各界的广泛关注。美国、加拿大等国竞相发展,并在系统一体化设计、微机应用、电动机电磁分析、功率元件应用、新型结构开发等方面取得了很大进展。
目前,SRD电机在国外已经得到很大发展。产品已广泛应用于电动车驱动系统、航空航天飞行器、高转速电机、油田设备、通用工业(风机、泵、压缩机等)、牵引电机等领域,功率范围从10W到5MW不等,转速上限高达20万转。这也是国外这些领域的装备性能领先于我国的根本原因之一。
我国对开关磁阻电动机调速系统的研究与试制起步于20世纪80年代,目前取得了从基础理论到设计制造技术多方面的成果与进展。迄今为止,已有十余家单位推出不同性能、不同用途的几十个系列和规格的产品,应用于油田、纺织、冶金、机械、运输等行业的数十种生产机械和交通工具中。
但由于此种电机技术复杂,而我国从事此种电机研究的人员少、实际设计和应用人才少,加之国内对这种电机的理解和认识还不够深入,因此,还没有到普及的程度。然而,其划时代的优越性能决定了SR电机全面进入市场是必然的,只是个时间问题。
三、开关磁阻电机的基本结构和原理
1、开关磁阻电机基本结构
开关磁阻电机是开关磁阻电机调速系统的执行单元,它的结构和工作原理与传统交直流电机有着根本的区别,其主要结构分为五个部分,分别为定子、转子、结构件、位置传感部分、散热结构部分。
定子部分主要包括定子铁芯、绕组、槽楔、绝缘材料、电机引线等;转子部分包括轴、转子铁芯、平衡块;结构件主要包括机壳、端盖、轴承盖、轴承、接线盒、接线柱、吊环等;位置传感部分包括位置传感器、导磁盘、信号线、密封结构等;散热部分包括风叶、风罩等。以SRM160L-12/8极结构的开关磁阻电机为例,具体结构如下图所示。
图1:开关磁阻电机基本结构
2、开关磁阻电机基本工作原理
图2
以12/8极三相开关磁阻电机为例,上图2表示该电机的横切面和一相电路的原理示意图,Sl、S2是电子开关,Dl、D2是二极管,Us是直流电源。它的定子和转子为双凸极结构,极数互不相等,定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场,转子由硅钢片叠片构成,无绕组,转子带有位置检测器以提供转子位置信号,使定子绕组按一定的顺序通断,保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化,因为电感与磁阻成反比,当转子磁极在定子磁极中心线位置时,相绕组电感最大,当转子极间中心线对准定子磁极中心线时,相绕组电感最小。
图3
当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线Oa不重合时,如图3,开关S1、S2闭合,A相绕组通电,电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场,磁通通过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子
轭等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的,此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导,因此,转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用,使转子逆时针方向转动,转子磁极的轴线Oa向定子A相磁极轴线OA趋近。
图4
当OA和Oa轴线重合时,如图2,转子已达到平衡位置,即当A相定、转子极对极时,切向磁拉力消失,转子不再转动。此时断开A相开关S1、S2,闭合B相开关,即在A相断电的同时B相通电,建立以B相定子磁极为轴线的