开关磁阻电动机

开关磁阻电机文献调研2009.10目录开关磁阻电动机.......................................................................................................................2开关磁阻电机设计与应用...............................................................................................5开关磁阻电机原理（转）.......................................................................................................7开关磁阻电动机及其应用.......................................................................................................9Atmega16在开关磁阻电机调速系统中的应用...................................................................15《关于企业电机及系统设计服务外包服务说明》.............................................................19开关磁阻电动机开关磁阻电动机（SRM）是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。定子、转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。开关磁阻电动机可设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。图1所示电动机为8/6极。若以图1中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给A→B→C→D相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给D→C→B→A相通电，则电动机会顺时针方向转动。开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，只取决于相绕组通电的顺序。该电动机结构比鼠笼式交流异步电动机还要简单，其突出的优点是定子上只有几个集中绕组，转子上无任何形式的绕组，机械强度很高，制造简单、可靠性高。控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断，从而使电动机旋转，旋转方向与电流方向无关。通过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电动机的旋转方向，通过控制绕组的电流及开通与关断角度可以控制电动机的转速。控制器原理如图2所示。图2：开关磁阻电动机控制器原理图五、开关磁阻电动机调速系统特性：开关磁阻电动机调速系统是由嵌入式微处理器、大规模数字模拟器件、电力电子功率器件及开关磁阻电动机共同组成的新型调速系统，其性能指标比普通交流变频调速系统及直流电机调速系统都要好，它是一种新颖的、高性价比的、具有典型机电一体化结构的无级调速系统。该系统具有以下优点：1.系统效率高开关磁阻电动机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率比其它调速系统高出至少10%。在低转速及非额定负载下高效率更加明显。2.低速下可长期运转开关磁阻电动机调速系统在整个调速范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。3.高起动转矩，低起动电流开关磁阻电动机调速系统起动转矩达到额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%。4.三相输入电源缺相或控制器输出缺相不烧电动机三相输入电源缺相，开关磁阻电动机或者欠功率运行或者停机，不会烧毁电机和控制器。电动机输入缺相只会导致电动机输出功率减小，或者有可能导致电动机无法起动，对电机没有影响。5.过载能力强开关磁阻电动机过载能力强，当负载短时远大于额定负载时，转速会下降，保持最大输出功率，不会出现过流现象。当负载恢复正常时，转速恢复到设定转速。6.功率器件控制错误不会引起短路开关磁阻电动机调速系统的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联，不存在功率器件由于控制错误或干扰导致短路而烧毁的现象。SRM的研究最早可追溯到1970年，英国Leeds大学首创一个开关磁阻电机雏形。到1972年进一步对带半导体开关的小功率电动机(10W～1kW)进行了研究。1975年发展到为50kW的电瓶汽车提供装置。1980年，英国学者Lawrensonn在ICEM会议上阐述了SRM的原理及设计特点，从而奠定了现代SRM的地位。同年英国成立了世界上第一家开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRDLtd.)。1983年英国SRDLtd.首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。另外SRDLtd.研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，表现出了良好的可操纵性和可靠性，噪声也很低。美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家也都开展了SRD系统的研制工作。在国外的应用中，SRD一般用于牵引中，例如电瓶车和电动汽车。同时高速性能是SRD的一个特长的方向。据报道，美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。从近几年国际会议上有关开关磁阻电机调速系统的文章来看，对开关磁阻电机调速系统的研究工作己从论证优点阶段进入设计理论、优化设计阶段。对开关磁阻电机、控制器、功率转换器等的运行理论、优化设计、结构等方面进行了更深入的研究。从1984年开始，我国许多单位先后开展了SRM的研究工作，在借鉴国外经验的基础上，我国SRD系统的开发研究起点较高，目前各单位都集中于较优的三相和四相控制方案，至今国内已有十余家单位推出不同性能、不同用途的从1kW至55kW等多种规格的系列产品，应用于纺织、冶金、机械、运输等行业的数十种生产机械和交通工具中。1988年在南京召开了第一届开关磁阻电机研讨会。在中国电工技术学会中小型电机专业委员会领导下，1993年12月正式成立了开关磁阻电机学会。SRD系统的研究已被列入我国中小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。2005年，国家发布的《国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术》明确将SRM作为国家唯一鼓励发展的电机技术。华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车，在“十五”项目中应用到混合动力城市公交车。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿牵引及电动车辆等。2007年中国矿业大学开关磁阻电机课题组在以谭国俊教授为研发技术总负责的带领下，将100kW开关磁阻电机可逆传动系统应用到矿井矸石山运输系统，并于2008年1月通过河南省科技厅成果鉴定，“开关磁阻电机全数字调速系统处于国内领先地位”，实际系统开拓了开关磁阻电机的应用范围，取得了显著的社会效益和经济效益。开关磁阻电机设计与应用作者吴建华出版社机械工业出版社SRM的研究最早可追溯到1970年，英国Leeds大学首创一个开关磁阻电机雏形。到1972年进一步对带半导体开关的小功率电动机(10W～1kW)进行了研究。1975年发展到为50kW的电瓶汽车提供装置。1980年，英国学者Lawrensonn在ICEM会议上阐述了SRM的原理及设计特点，从而奠定了现代SRM的地位。同年英国成立了世界上第一家开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRDLtd.)。1983年英国SRDLtd.首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。另外SRDLtd.研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，表现出了良好的可操纵性和可靠性，噪声也很低。美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家也都开展了SRD系统的研制工作。在国外的应用中，SRD一般用于牵引中，例如电瓶车和电动汽车。同时高速性能是SRD的一个特长的方向。据报道，美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。从近几年国际会议上有关开关磁阻电机调速系统的文章来看，对开关磁阻电机调速系统的研究工作己从论证优点阶段进入设计理论、优化设计阶段。对开关磁阻电机、控制器、功率转换器等的运行理论、优化设计、结构等方面进行了更深入的研究。从1984年开始，我国许多单位先后开展了SRM的研究工作，在借鉴国外经验的基础上，我国SRD系统的开发研究起点较高，目前各单位都集中于较优的三相和四相控制方案，至今国内已有十余家单位推出不同性能、不同用途的从1kW至55kW等多种规格的系列产品，应用于纺织、冶金、机械、运输等行业的数十种生产机械和交通工具中。1988年在南京召开了第一届开关磁阻电机研讨会。在中国电工技术学会中小型电机专业委员会领导下，1993年12月正式成立了开关磁阻电机学会。SRD系统的研究已被列入我国中小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。2005年，国家发布的《国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术》明确将SRM作为国家唯一鼓励发展的电机技术。华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车，在“十五”项目中应用到混合动力城市公交车。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿牵引及电动车辆等。2007年中国矿业大学开关磁阻电机课题组在以谭国俊教授为研发技术总负责的带领下，将100kW开关磁阻电机可逆传动系统应用到矿井矸石山运输系统，并于2008年1月通过河南省科技厅成果鉴定，“开关磁阻电机全数字调速系统处于国内领先地位”，实际系统开拓了开关磁阻电机的应用范围，取得了显著的社会效益和经济效益。开关磁阻电机原理（转）1、引言开关磁阻电机驱动系统(switchedreluctancedrivesystem,srd)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。这使得sr电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。sr电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，sr电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能—电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是sr电动机的逆过程。本文将从sr电机电动和发电运行这两个角度阐述sr电机的运行原理。2、电动运行原理2.1转矩产生原理控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息，结合给定的运行命令(正转或反转)，导通相应的定子相绕组的主开关元件。对应相绕组中有电流流过，产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时，电磁转矩消失。此时控制器根据新的位置信息，在定转子即将达到平衡位置时，向功率变换器发出命令，关断当前相的主开关元件，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置转动;这样，控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就可产生连续的同转向的电磁转矩，使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最隹状态下运行。从上面的分析可见，电流的方向对转矩没有任何影响，电动机的转向与电流方向无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。若通电顺序改变，则电机的转向也发生改变。为保证电机能连续地旋转，位置检测器要能及时给出定转子极间相对位置，使控制器能及时和准确地控制定子各相绕组的通断，使srm能产生所要求的转矩和转速，达到预计的性能要求。2.2电路分析电源vcc是一直流电源，3个电感分别表示srm的三相绕组，igbt1～igbt6为与绕组相连的可控开关元件，6个二极管为对应相的续流二极管。当第一相绕组的开关管导通时，电源给第一相励磁，电流的回路(即励磁阶段)是由电源正极→上开关管→绕组→下开关管→电源负极，如图2(a)所示。开关管关断时，由于绕组是一个电感，根据电工理论，电感的电流不允许突变，此时电流的续流回路(即去磁阶段)是绕组→上续流二极管→电源→下续流二极管→绕组，如图2(b