中文名 | 磁阻電動(dòng)機(jī) | 外文名 | Reluctance motor |
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解????釋 | 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的小功率同步電動(dòng)機(jī) | 應(yīng)????用 | 同步電動(dòng)機(jī) |
其定子與普通的同步電動(dòng)機(jī)一樣,但轉(zhuǎn)子上沒(méi)有勵(lì)磁繞組。通常轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)對(duì)稱軸線,磁阻較小的稱為直軸,磁阻較大的稱為交軸。轉(zhuǎn)子表面有槽以安裝籠式繞組,供起動(dòng)之用。若定子繞組接上電源而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),則在轉(zhuǎn)子籠式繞組中將感應(yīng)出電流并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而起動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí),依靠磁阻轉(zhuǎn)矩可把轉(zhuǎn)子牽入同步,然后以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。磁阻轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理示意如圖。
圖a所示為圓柱形轉(zhuǎn)子,它的位置變化并不影響磁阻的大小及磁力線的分布,因而不產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。圖b和c所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸線與磁場(chǎng)軸線一致,磁力線與轉(zhuǎn)子軸線對(duì)稱,也不產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。圖d所示轉(zhuǎn)子直軸軸線比定子磁場(chǎng)軸線滯后了一個(gè)角度θ(稱功率角),于是氣隙磁場(chǎng)扭斜,磁力線所經(jīng)路徑被拉長(zhǎng),磁阻增大。被拉長(zhǎng)了的磁力線力圖縮短,于是產(chǎn)生了磁阻轉(zhuǎn)矩。
磁阻電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,成本低廉,運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn),但只能在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。廣泛應(yīng)用于需要轉(zhuǎn)速不變的電子設(shè)備、記錄儀表、攝影機(jī)、錄音機(jī)和復(fù)印機(jī)等設(shè)備中。功率從幾瓦到幾百瓦。
SRM的定、轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu),定子和轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片迭壓而成,所以SRM具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固,控制性能良好以及效率高等優(yōu)良特性,因此,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive,簡(jiǎn)稱SRD)雖然發(fā)展時(shí)間較短,但已經(jīng)成為交流變頻調(diào)速、無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。由于轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組,也不加永久磁鐵,定子上有集中繞組,所以SRD還具有獨(dú)特的故障運(yùn)行能力,高速及高溫下運(yùn)行能力優(yōu)良,因此,特別適合惡劣的工作環(huán)境,如井下采煤機(jī)。SRM是一種典型的機(jī)電一體化電機(jī),其控制非常靈活,很容易實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。
SRM是SRD的執(zhí)行元件,其結(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)的交直流電機(jī)有著根本的區(qū)別。轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體,定子極上繞有集中繞組。SRM可以設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu),且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。
SRM的運(yùn)行遵循"磁阻最小原理",即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合,而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí),必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的軸線重合。當(dāng)定子A-A'極勵(lì)磁時(shí),所產(chǎn)生的磁力則力圖使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極軸線3-3'與定子極軸線A-A'重合的位置,并使A相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對(duì)位置作為起始位置,則依次給A→B→C→D相繞組通電,轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)。反之,若依次給C→B→A→D相通電,則電動(dòng)機(jī)就會(huì)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)??梢?jiàn),SRM的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無(wú)關(guān),而僅取決于相繞組通電的順序。另外,從圖1-2可以看出,當(dāng)主開(kāi)關(guān)器件S 、S 導(dǎo)通時(shí),A相繞組從直流電源 吸收電能,而當(dāng)S 、S 關(guān)斷時(shí),繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管D 、D 繼續(xù)流通,并回饋給電源 。
利用轉(zhuǎn)子磁阻不均勻而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的小功率同步電動(dòng)機(jī),又稱反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。磁阻電機(jī)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的電機(jī)之一,很早就有人關(guān)注和研究它的應(yīng)用,但是過(guò)去由于其同步控制困難,一直限制了磁阻電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著現(xiàn)代功率電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的迅速發(fā)展,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(Switched Reluctance Motor,簡(jiǎn)稱SRM)的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以其調(diào)速性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、成本低等特點(diǎn),已在迅猛發(fā)展的調(diào)速電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域爭(zhēng)得了一席之地,并在牽引運(yùn)輸、通用工業(yè)、航空工業(yè)、家用電器等領(lǐng)域得到了較廣泛得應(yīng)用。
開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)都有哪些特點(diǎn)?
01效率高節(jié)能效果好 在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi),開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)整體效率比交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)至少高3% 以上,在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高10% &...
怎么判斷電動(dòng)機(jī)是串激電動(dòng)機(jī)
判斷電動(dòng)機(jī)是串激電動(dòng)機(jī)的方法:串激電動(dòng)機(jī) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)俗稱串激電機(jī)或通用,因激磁繞組和勵(lì)磁繞組串聯(lián)在一起工作而得名。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)屬于交、直流兩用電動(dòng)機(jī),它既可以使用交流電源工作,也可以使用直流電源...
同步電動(dòng)機(jī)中永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同電動(dòng)機(jī)的區(qū)別?
凸極式轉(zhuǎn)子 凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對(duì)磁極和勵(lì)磁線圈,如圖15.3 所示。當(dāng)勵(lì)磁線圈中通過(guò)直流勵(lì)磁電流后,每個(gè)磁極就出現(xiàn)一定的極性,相鄰磁極交替為 N 極和 S 極。對(duì)水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō),由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)...
同步電動(dòng)機(jī)是一種交流電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與所提供交流電的頻率相同。原理是由交流電在電動(dòng)機(jī)的定子處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
在同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有電磁鐵或永久磁鐵,使用永久磁鐵的稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)的定子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的異極,由于定子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是以若干速度旋轉(zhuǎn),因此轉(zhuǎn)子會(huì)隨著定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度,以相同的速度旋轉(zhuǎn)。
同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速固定,不受電源電壓的影響。只要電動(dòng)機(jī)的負(fù)載低于其最大轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速也不會(huì)受負(fù)載的影響。由于這種特性,同步電動(dòng)機(jī)只能使用變頻器進(jìn)行調(diào)速。
無(wú)載的同步機(jī)即是同步調(diào)相機(jī)(Synchronous Condenser),其電流相位超前于電壓,為一個(gè)電容性負(fù)載。因此,若一供電系統(tǒng)的負(fù)載為落后功率因數(shù),可以無(wú)載的同步電動(dòng)機(jī)來(lái)改進(jìn)其功率因數(shù),但此方法的運(yùn)作成本十分高。電力公司可使用靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static VAR Compensator)來(lái)提供無(wú)功功率(Q)。
磁阻,是一個(gè)與電路中的電阻類似的概念。電流總是沿著電阻最小的路徑前進(jìn);磁通量總是沿著磁阻最小的路徑前進(jìn)。磁阻與電阻一樣,都是一個(gè)標(biāo)量。
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)也稱為切換式磁阻馬達(dá),源于1838年,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和一般直流馬達(dá)不同,繞組是在定子上的,而不是在轉(zhuǎn)子上,因此電力不需借由電刷及換相器等零件傳輸,機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但其驅(qū)動(dòng)器需將電力提供給不同的繞組,在配合先進(jìn)的電子零件下,這個(gè)已不是問(wèn)題,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是近代常用的馬達(dá),其好處是轉(zhuǎn)子沒(méi)有磁鐵,制造成本低,馬達(dá)體積小,但其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩漣波。
電刷(Brush)是電機(jī)的一個(gè)重要組成元件,負(fù)責(zé)在旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間傳導(dǎo)電流。因較多用石墨制成,故也稱碳刷。
電刷多裝配于換向器或滑環(huán)上,是一個(gè)滑動(dòng)型接觸體。需有光滑、耐磨、導(dǎo)電性良好等特性。根據(jù)不同的應(yīng)用,它們要么是部分金屬部件(銅,銀,鉬),豐富或完全由金屬制成。
實(shí)際使用中,一個(gè)滑環(huán)通常配最少兩個(gè)電刷,避免因單個(gè)電刷接觸不良而變成斷路。
轉(zhuǎn)矩漣波是馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)時(shí),其輸出轉(zhuǎn)矩周期性變化的情形,依設(shè)計(jì)方式的不同,許多馬達(dá)都會(huì)有類似的情形。轉(zhuǎn)矩漣波的量測(cè)是在馬達(dá)完整旋轉(zhuǎn)一圈后.量測(cè)最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩之間的差,一般會(huì)用百分比顯示。
像磁卡轉(zhuǎn)矩就是轉(zhuǎn)矩漣波的一種,磁卡轉(zhuǎn)矩是因?yàn)槎ㄗ永@組的少許不對(duì)稱,轉(zhuǎn)子的磁鐵或磁阻也不是軸對(duì)稱,因此造成轉(zhuǎn)子在不同位置時(shí),有不同的磁阻。像磁阻馬達(dá)也會(huì)有轉(zhuǎn)矩漣波過(guò)大的問(wèn)題。
轉(zhuǎn)矩漣波的問(wèn)題可以透過(guò)仔細(xì)的設(shè)計(jì)馬達(dá)繞組分布,或是用實(shí)時(shí)控制來(lái)產(chǎn)生繞組電力來(lái)減少。 2100433B
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開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(SRD)是70年代開(kāi)始研制,80年代逐步發(fā)展起來(lái)的一種新穎機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)設(shè)備,其性能優(yōu)越,發(fā)展前景廣闊。本文以所開(kāi)發(fā)的SR71-8/6(250W)樣機(jī)為基礎(chǔ),比較系統(tǒng)地研究了PWM調(diào)壓調(diào)速型開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)原理,對(duì)所開(kāi)創(chuàng)的一種-7.5°~22.5°的相繞組導(dǎo)通控制模式進(jìn)行了詳細(xì)分析,并給出了相應(yīng)的仿真和實(shí)踐結(jié)果。
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針對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、電磁干擾嚴(yán)重的問(wèn)題,提出了一種利用混沌函數(shù)調(diào)節(jié)電壓占空比對(duì)SRD實(shí)施混沌反控制的方法。該方法通過(guò)對(duì)SRD理想電感方程進(jìn)行傅立葉變換,建立了SRD仿真模型,然后以邏輯斯蒂映射方程調(diào)節(jié)SRD占空比增量,得到了SRD混沌反控制系統(tǒng)的混沌態(tài),并將該方法與模糊控制算法相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,解決了單一混沌反控制方法調(diào)速性能差的問(wèn)題,且實(shí)現(xiàn)了混沌信息向SRD的嵌入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,混沌態(tài)運(yùn)行可以在一定程度上改善系統(tǒng)的性能。
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)綜合了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和直流電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),是這些傳動(dòng)系統(tǒng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者,其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
1、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)有較大的電動(dòng)機(jī)利用系數(shù),可以是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)利用系數(shù)的1.2~1.4倍。
2、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組;定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組,端部較短,沒(méi)有相間跨接線。因此,具有制造工序少、成本低、工作可靠、維修量小等特點(diǎn)。
3、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān),只需要單向的電流激勵(lì),理想上公率變換電路中每相可以只用一個(gè)開(kāi)關(guān)元件,且與電動(dòng)機(jī)繞組串聯(lián),不會(huì)像PWM逆變器電源那樣,存在兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件直通的危險(xiǎn)。所以,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SED線路簡(jiǎn)單,可靠性高,成本低于PWM交流調(diào)速系統(tǒng)。
4、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式對(duì)轉(zhuǎn)速限制小,可制成高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī),而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,在電流每次換相時(shí)又可以隨時(shí)改變相匝轉(zhuǎn)矩的大小和方向,因而系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
5、SRD系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電流的導(dǎo)通、斷開(kāi)和對(duì)幅值的控制,得到滿足不同負(fù)載要求的機(jī)械特性,易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)和四象限運(yùn)行等功能,控制靈活。又由于SRD系統(tǒng)是自同步系統(tǒng)運(yùn)行,不會(huì)像變頻供電的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)那樣在低頻時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定和振蕩問(wèn)題。
6、由于SR開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法以及相應(yīng)的控制技巧,其單位處理可以與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相媲美,甚至還略占優(yōu)勢(shì)。SRD系統(tǒng)的效率和功率密度在寬廣的速度和負(fù)載范圍內(nèi)都可以維持在教導(dǎo)水平。
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SRD系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是:
1、有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。從工作原理可知,S開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是由一些列脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的,由于雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路飽和非線性的影響,合成轉(zhuǎn)矩不是一個(gè)恒定轉(zhuǎn)矩,而有一定的諧波分量,這影響了SR電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行性能。
2、SR電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲與震動(dòng)比一般電動(dòng)機(jī)大。
3、SR電動(dòng)機(jī)的出線頭較多,如三相SR 電動(dòng)機(jī)至少有四根出線頭,四相SR電動(dòng)機(jī)至少有五根出線頭,而且還有位置檢測(cè)器出線端。
上述缺點(diǎn)通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)進(jìn)行精心設(shè)計(jì),采取適當(dāng)措施,并從控制角度考慮采用合理策略可以得到改進(jìn)。
我國(guó)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與試制起步于20世紀(jì)80年代末90年代初,取得了從基礎(chǔ)理論到設(shè)計(jì)制造技術(shù)多方面的成果與進(jìn)展,但產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用性研究工作相對(duì)滯后。由于SRD的產(chǎn)業(yè)化,人們通常將其產(chǎn)品稱為"開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)"。
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)、功率變換器、控制器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器四大部分組成,系統(tǒng)框圖如圖1??刂破鲀?nèi)包含控制電路與功率變換器,而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器則安裝在電機(jī)的一端,電動(dòng)機(jī)與國(guó)產(chǎn)Y系列感應(yīng)電動(dòng)機(jī)同功率同機(jī)座號(hào)同外形。
圖1 SRM系統(tǒng)框圖