高效电机革命与开关磁阻电机

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1、开关磁阻屯机调速系统基本构成开关磁阻电动机调速系统主要宙开关磁阻电动机（SRM）、功率变换器、控制器和检测器组成［2］。如图1所示:图1开关磁阻电动机调連系统祥剤（1）磁阻电机磁阻电机是SRD系统的执行元件。一般采用凸极定子和凸极转子，即双凸极结构，并U定、转子齿极数（简称极数）不相等，定子装有集中绕组，直径方向相对的两个绕组串联成为“一相”;转子由叠片构成，没有绕组、换向器、集电环等。SR电机可做成单相、两相、三相、四相和多相，相数越多，性能越好，但结构复杂，主开关器件多，本钱较高，故相数不宜太多。［1］图2所示为一台4相8/6极SR电机示意图。定子有8个齿，转子有6

2、个齿。每个定子齿上绕有一个线圈，其中径向相对的两个极的线圈串联构成一相绕组，共有4组绕组，转子上无绕组。图24相8、6极SRM皓构SR电动机的运行原理遵循“磁阻最小原理”一一磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定外形的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。在图2屮，当定子D4T极励磁时，1-1‘向定子轴线D-Dz重合的位置转动，并使D相励磁绕组的电感以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给D->A->B->C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，若依次给B->A->D->C相通电，则电动机即会沿顺吋针方转动。可

3、见，SR电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取于相绕组通电的顺序［3］。另外，当主开关器件S2导通时，A相绕组从直流电源U吸收电能，而当SI、S2关断，绕组电流经续流二极管VD1、VD2继续流通，并回馈给电源U。此，SR电动机传动的共性特点是具有再生作用，系统效率高。通过控制加到SR电动机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置（即导通角、关断角），即可控制SR电机转矩的大小与方向，这正是SR电动机调速控制的基本原理。(2)功率变换器功率变换器是SR电机运行时所需能量的供给者，是连接电源和电机绕组的开关部件，其作用是将电源提供的能量经适当转换后提供给SRM,由

4、蓄电池或交流电整流后得到的直流电供电。因此，它包括蓄电池或整流器所形成的直流电源和开关元件。功率变换器的线路有多种形式，并且与开关磁阻电动机的相数、绕组形式(单绕组或双绕组)有关［4］。功率变换主电路的结构型式很多，有不对称半桥型、双绕组型、电容裂相型、H型、电容转储型等。可以用来构成SRD功率变换器的主开关器件主要有普通晶闸管、大功率品体管(High-powerTransistors,GTR)、可关断晶闸管(GateTurn-OffThyristor,GTO)、MOS场效应晶体管(MOSField-effectTransistor,MOSFET)和尽缘栅双极晶体管(I

5、nsulatedGateBipolarTransistors,IGBT)O电动机功率变换器主开关器件的选择与电动机的功率等级、供电电压、峰值电流、本钱等有关；另外还与主开关器件本身的开关速度、触发难易、开关损耗、抗冲击性、耐用性及市场普及性有关系。普通晶闸管是使用时间最长、伏安容量最大，并且价格比较便宜，但是由于没有自关断能力，开关频率低，强迫换相电路木钱高、可靠性差，故不适宜做功率电路中开关兀件。大功率晶体管(GTR)的开关频率高，具有自关断能力，在中、小容量的SRD应用广泛，但其电压、电流过载能力差，承受浪涌电流的能力差，存在二次击穿现象，不易保护。可关断晶闸管(G

6、TO)在不断关断时要求相当大的反向控制电流，关断控制实现有难度，并存在管压降比普通晶闸管高等不足，因此作为功率电路的开关的应用并不广泛。功率场效应管(MOSFET)是一种单极型的电压控制器件，具有驱动电路简单、开关速度快、热稳定性好等优点，但是容量有限制并且比双极型功率晶体管通态压降大，只适用于低电压、小功率的开关磁阻电机系统中。尽缘栅双极型晶体管(IGBT)是80年代出现的新型复合开关器件，具有工作频率较高，控制实现比较简单，而且单管的电压定额与电流定额也己经做得很大，已经可以满足对本装置功率器件的要求，因此经综合考虑选用TGBT作为本系统SRD功率变换器的主开关器件

7、。(2)控制器控制器是SRD系统的大脑。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人的命令，通过分析处理，决定控制策略，向功率变换器发出执行命令，控制SR电机运行。控制器由微机或数字逻辑电路及接口电路等构成。(3)位置检测器位置检测器是转子位置及速度等信号的提供者，其作用是及时向控制器提供定、转子齿极间实际相对位置的信号和转子运行速度的信号。3开关磁阻电机调速系统的优点理论与实践表明[4],与其它电动机调速系统比较，SRD具有如下明显优点：(1)SR电机坚固、简单、木钱低，适于高速运行，特别适用于煤矿井