負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)

負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上與常規(guī)發(fā)電機(jī)有很大的區(qū)別，常規(guī)發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分構(gòu)成；而負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)是由內(nèi)定子、斬磁器、外定子、整流器、儲(chǔ)能電感、脈沖變壓器等機(jī)構(gòu)組成。另外，兩種發(fā)電機(jī)的磁路方向也是不相同的，常規(guī)發(fā)電機(jī)的磁路方向多為徑向，或沿周向，而負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)的磁路方向統(tǒng)為軸向。

負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子即是斬磁器，它是由特殊的超導(dǎo)磁材料（新開(kāi)發(fā)材料）構(gòu)成的，它具有很強(qiáng)的遮磁作用。當(dāng)斬磁器在內(nèi)定子與外定子之間高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)定子感應(yīng)到外定子磁極中的磁通量就會(huì)由靜磁通變?yōu)槊}沖磁通，于是在外定子電樞線圈中就會(huì)產(chǎn)生脈沖式感應(yīng)電流。因?yàn)橥舛ㄗ与姌性O(shè)計(jì)有N多磁極，所以當(dāng)斬磁器依次遮擋每一級(jí)電樞時(shí)，電樞中的磁通量都會(huì)有一次由多到少的變化過(guò)程，按愣次定律，磁通由多到少變化時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)（內(nèi)定子磁場(chǎng)）方向相同。當(dāng)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與內(nèi)定子磁場(chǎng)方向相同時(shí)，將對(duì)斬磁器產(chǎn)生排斥力；將電樞回路設(shè)計(jì)成純電感電路，于是感應(yīng)電流就會(huì)落后于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)90°。因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)是在斬磁器開(kāi)始遮向電樞磁極時(shí)就隨即產(chǎn)生的，所以就必須使感應(yīng)電流落后，也就是使他的斥力僅作用于斬磁器的后沿部分；于是，斬磁器高速旋轉(zhuǎn)將內(nèi)定子的恒穩(wěn)磁場(chǎng)斬變?yōu)槊}沖磁通。

傳統(tǒng)的PID控制一方面參數(shù)的整定沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，另一方面這種控制必須精確地確定對(duì)象模型。而開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)得不到精確的數(shù)學(xué)模型，控制參數(shù)變化和非線性，使得固定參數(shù)的PID控制不能使開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在各種工況下保持設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)。

模糊控制器是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型控制器，其優(yōu)點(diǎn)是不需要掌握受控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，然后由該表決定控制量的大小。因此采用模糊控制，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）進(jìn)行控制是改善系統(tǒng)性能的一種途徑。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)模糊控制器的設(shè)計(jì)存在一些不足，如控制表中數(shù)據(jù)有跳躍，平滑性較差，這對(duì)控制效果有影響。

模糊控制和PID控制兩者結(jié)合起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，將是一個(gè)優(yōu)秀的控制策略。其理由是：

第一，由線性控制理論可知，積分控制作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，比例控制作用動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，而比例積分控制既能獲得較高的穩(wěn)態(tài)精度，又能具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，把PI控制策略引入Fuzzy控制器，構(gòu)成Fuzzy-PI復(fù)合控制，是改善模糊控制器穩(wěn)態(tài)性能的一種途徑。

第二，增加模糊量化論域是提高模糊控制器穩(wěn)態(tài)精度的最直接的方法，但這種方法要增大模糊推理的計(jì)算量，況且量化論域的增加也不是無(wú)止境的。

通過(guò)最近約20年問(wèn)的研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)工作，使負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)的性能不斷提高，目前已能在較大的功率范圍內(nèi)使其性能不低于其它型式的電動(dòng)機(jī)。七十年代初，美國(guó)福特電動(dòng)機(jī)公司研制出最早的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)為軸向氣隙電動(dòng)機(jī)、晶閘管功率電路，具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速的能力，特別適用作蓄電池供電的電動(dòng)車輛傳動(dòng)。

七十年代中期，在工業(yè)部門(mén)的促進(jìn)下，英國(guó)里茲大學(xué)和諾丁漢大學(xué)組成一研究小組，共同研制以傳動(dòng)電動(dòng)車輛為目標(biāo)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。小組在該系統(tǒng)的理論研究和實(shí)踐方面做了大量工作，他們研制的樣機(jī)容量從10W至50kW，轉(zhuǎn)速?gòu)?50rpm至10，000rpm，其系統(tǒng)效率和電動(dòng)機(jī)利用系數(shù)等主要指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)。隨后以研究小組為基礎(chǔ)成立了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)公司，以經(jīng)營(yíng)其研究成果。1981年英國(guó)TASC公司獲準(zhǔn)制造該系統(tǒng)，并于1983年推出商品名為Oulton的通用調(diào)速系列產(chǎn)品，其容量范圍為4-22kW。該產(chǎn)品的出現(xiàn)在電氣傳動(dòng)界引起不小的反響。因?yàn)槠浯_實(shí)在很多性能指標(biāo)上達(dá)到出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了工業(yè)中長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。

開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅為工業(yè)、交通、國(guó)防及家用電器等部門(mén)提供了一種極其優(yōu)越的調(diào)速系統(tǒng)，而且也因其具有的典型機(jī)電一體化結(jié)果豐富了“機(jī)械電子學(xué)”的成功實(shí)例。因此1983年后在國(guó)際范圍內(nèi)迅速掀起開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)研究開(kāi)發(fā)熱，并持續(xù)至今不斷發(fā)展，其產(chǎn)品推廣領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

我國(guó)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究開(kāi)始于1984年，現(xiàn)已有大批高等院校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)從事開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究工作，在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究盡管起步較晚，但是起點(diǎn)較高，研制目標(biāo)基本都集中在較為成熟的三相或四相控制方案上，目前已有十余家單位推出不同性能、用途、功率(1kW到55kW)的多規(guī)格系列產(chǎn)品，應(yīng)用于紡織、冶金、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)榷喾N行業(yè)、場(chǎng)所的數(shù)十種生產(chǎn)機(jī)械和運(yùn)輸車輛中。

綜上所述：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SRD）是上世紀(jì)80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及效率高等突出特點(diǎn)，成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者，引起各國(guó)學(xué)者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究起步較早，并已取得顯著效果，產(chǎn)品功率等級(jí)從數(shù)瓦直到數(shù)百千瓦，廣泛應(yīng)用于家用電器、航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)車輛等領(lǐng)域。中國(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。

1、各主開(kāi)關(guān)管的電壓定額不變。

2、由于主開(kāi)關(guān)管的電壓定額與電動(dòng)機(jī)繞組的電壓定額近似相等，所以這種線路用足了主開(kāi)關(guān)管的額定電壓，有效的全部電源電壓可用來(lái)控制相繞組電流。

3、由于每相繞組接至各自的不對(duì)稱半橋，在電路上，相與相之間是完全獨(dú)立的，故這種結(jié)構(gòu)對(duì)繞組相數(shù)沒(méi)有任何限制。

4、每相需要兩個(gè)主開(kāi)關(guān)管。除了電動(dòng)機(jī)繞組與每相開(kāi)關(guān)串聯(lián)，不存在上、下橋臂直通的故障隱患之外，很像三相異步PWM逆變器電路。

負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)在印染行業(yè)的應(yīng)用

在印染行業(yè)中，筒紗染色的均勻性在工藝被決定了之后，主要就取決于筒子染色機(jī)輸送染液的主泵對(duì)流量流速的控制與選擇。由于紗線品種的多樣性，不同紗支所需的流量流速存在著差異，即使是同一種紗線若捻度不一樣也需要主泵對(duì)流量流速進(jìn)行選擇。早期的筒子染色機(jī)必需由工人憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作，20世紀(jì)90年代有了交流變頻器就可以通過(guò)染缸內(nèi)外差的檢測(cè)與反饋信號(hào)調(diào)節(jié)主泵轉(zhuǎn)速來(lái)解決，現(xiàn)在有了SRD電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)完全可以利用它取代交流變頻器。這是因?yàn)镾RD電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在與PLC編程控制裝置結(jié)合之后其染液流量流速狀態(tài)更容易被控制，在任何情況下都能給出一個(gè)合理數(shù)值，同時(shí)電子元器件也不再受溫度與濕度的干擾，這樣也就確保了運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)還解決了電機(jī)在潮濕環(huán)境里運(yùn)行的問(wèn)題。

負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)在化纖行業(yè)中的應(yīng)用

在化纖行業(yè)，其關(guān)鍵工序之一是將熔融的化纖材料在恒壓下，由微孔噴出冷卻成絲。為了使出絲的直徑嚴(yán)格一致，計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速必須高度穩(wěn)定。一般紡絲泵是由永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。這種電機(jī)內(nèi)有永磁體，長(zhǎng)期工作會(huì)逐漸退磁，電機(jī)就必須及時(shí)更換。如果采用SRD調(diào)速電機(jī)，由于其有位置檢測(cè)器，完全可以構(gòu)成速度閉環(huán)系統(tǒng)，保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且不受負(fù)載變化的影響。

負(fù)磁阻發(fā)電機(jī)在紡織行業(yè)的應(yīng)用

這主要因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以在四象限之中進(jìn)行運(yùn)行，即能按照指令實(shí)施順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，順時(shí)針制動(dòng)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，逆時(shí)針制動(dòng)等四種狀態(tài)的運(yùn)行與轉(zhuǎn)換。未來(lái)可以說(shuō)SRD電機(jī)無(wú)論在系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)性能的滿足上，可靠性上，性能價(jià)格比上均比其它調(diào)速系統(tǒng)占有明顯的優(yōu)勢(shì)，也必將是抓棉機(jī)的最理想的動(dòng)力機(jī)械。同時(shí)，根據(jù)SRD電機(jī)的特點(diǎn)，它可以適應(yīng)織造機(jī)械中的整經(jīng)機(jī)以及漿紗機(jī)的主傳動(dòng)恒動(dòng)率的變速運(yùn)行，也可以滿足自調(diào)均整的梳棉機(jī)，細(xì)紗機(jī)，絡(luò)筒機(jī)以及捻線機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械的全數(shù)字化的驅(qū)動(dòng)。

磁阻效應(yīng)(Magnetoresistance Effects)的定義：是指某些金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。金屬或半導(dǎo)體的載流子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于受到電磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生的洛倫茲力作用，產(chǎn)生了磁阻效應(yīng)。

磁阻效應(yīng)是指電阻在磁場(chǎng)中增加的現(xiàn)象。磁阻效應(yīng)在半導(dǎo)體中尤為顯著。效應(yīng)的大小通常用電阻的改變量和電阻本身的比值來(lái)量度：

在磁場(chǎng)中，由于Lorentz力的作用，一般來(lái)說(shuō)載流子的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這是產(chǎn)生磁阻效應(yīng)的原因。但在等能面為球形的簡(jiǎn)單能帶的情形下，縱向磁阻為零。因?yàn)樵诖饲樾蜗拢扑俣扰c磁場(chǎng)平行. 磁場(chǎng)的存在并不改變載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，但橫向磁阻一般不為零。在橫向磁場(chǎng)下，作漂移運(yùn)動(dòng)的載流子同時(shí)受到Lorentz力和由Hall電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力的作用。這兩種力的作用在總體上相互抵消，使橫向電流為零。 但在動(dòng)量弛豫時(shí)間依賴于能量的情形下，不同能量的載流子有不同的平均(漂移)速度，所受Lorentz力的大小并不相同。只是某一特定能量(平均速度)的載流子所受Lorentz力與靜電力完全抵消。高于和低于此能量(平均速度)者，所受合力分別指向相反的方向，使載流子的漂移運(yùn)動(dòng)向兩邊偏轉(zhuǎn)。 這將導(dǎo)至電流減小，即導(dǎo)至橫向磁阻效應(yīng)。但應(yīng)指出在簡(jiǎn)單能帶情形下，當(dāng)弛豫時(shí)間與能量無(wú)關(guān)時(shí)，橫向磁阻為零。

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。