12开关磁阻电机调速系统的发展

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1、1.2开关磁阻电机调速系统的发展1.2.1开关磁阻电机调速系统（SRD）的发展概况llM2U27J"开关磁阻电机（Switchedreluctancemotor简称SR电动机）"一词源见于美国学者S.A.Nasarl969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征M1：1开关性一一电机必须工作在一种连续的开关模式，这是为什么在各种新型半导体器件获得后才得以发展得主要原因；2磁阻性一一它是真正的磁阻屯机，定、转子具有可变磁阻冋路。作为SRD中的主要组成部分开关磁阻电动机（SwitchedReluctanceMotor）,其基本结构及基本原理的

2、提出可追溯到19世纪40年代，那时的电机研究人员已认识到利用顺序磁拉力使电动机旋转是可行的。1842年，英国的Aberdeen和Davidson用两个U形电磁铁制造了1±1蓄电池供电的机车电动机。两个U形电磁铁轮流通电以吸引嵌在木质转鼓圆周上的铁条。但是由于技术水平制约，导致电动机的运行性能差，这就使从这种电动机雏形的诞牛直到功率电子器件问世的100多年间，人们一直没有太大的兴趣研究这类电动机。20世纪60年代，大功率品闸管投入使用，为SR电动机的研究和发展奠定了重要的物质基础。到了70年代屮期，英国的Leeds（里兹）大学和Notting

3、ham（诺丁汉）大学组成的研究小组，共同研制了以驱动屯动车辆为目的的SRD装置。随后英国TASC电机有限公司、BJD公司对SR电机进行了较深入的应用于研究。进入80年代，结构简单、成本低、调速性能好的SRD已成为电工界中新的热门话题，美国、加拿大、印度、南斯拉夫、新加坡等国家也相继展开对SR电动机的研究和开发工作，并取得了一定成果。我国于1984年左右也以较高的起点开始SRD的研究、开发工作，1992年初成立了中国电工技术学会中小型电机专业委员会下设的开关磁阻电机学组，以推动开关磁阻电机研究工作的进一步发展。现在，国内对开关磁阻电机接受逐年

4、上升，形成理论研究与实际应用并重的发展态势。1.2.2开关磁阻电机调速系统的主要研究方向近几十年来，SRD的研究在国内外取得了很人的发展，但作为一种新型的调速系统，硏究的历史还比较短，其技术涉及电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科领域，还有，SR电机本身的非线性特性，导致对其研究的困难性,因此，存在着大量的研究工作要做。在应用方而，SRD也有着广阔的市场前景。目前，促使人们更加深入地去关注、研究、开发这种调速系统。主要工作集中在以下儿个方面作为方向⑵：1.加强对铁芯损耗的理论研究SR电动机磁场特性的非线性导致相绕组供电电压和电流波形

5、较为复杂，一般为单向脉动，非正弦波；定转子各部分铁芯中的磁通密度规律也不同，因此对定转子铁心损耗的计算与测量较为困难，有待于加强对铁芯损耗的理论研究。2.无位置检测器的研究位置闭环控制是SRD的一个基本特征，但位置检测器的存在不仅使得结构简单的SR电动机变得逊色，而U降低了电动机运行的可靠性。因此寻求一种无位置检测器的检测方案成为人们关注的课题。3.优化设计与计算机辅助设计SR电动机本身磁场非线性，使得计算十分复杂，而且由于电动机非线性的开关供电电路，电流波形规律也很特殊，这就需要对SRD屮电动机、功率变换器以及控制电路三者进行协调设计。所

6、以，计算机辅助优化设计技术成为目前研究课题之一。4•减小振动及噪声的研究SR电动机工作在脉冲供电方式，因此瞬时转矩脉动大。低速时步进状态明显，高速重载时振动和噪声大。这就限制了SR电动机在诸多低速要求平稳且有一定静态转矩保持能力的场合的应用。因此如何减小和抑制电动机的振动和噪咅也是一个重要课题。5.微处理器和专用集成电路的改进开关磁阻电机能够正常工作的关键是每相开关导通、关断的实时控制，对起动、运行、故障保护也要实时控制。早期采用的模拟电路控制，实时性相对较差,比较合理的是采用微机实现部分或全数字实吋控制。在微机控制中，已由8位单片机，发展

7、为16位单片机，双16位或32位的单片微机的应用亦正在研究开发之中。开关磁阻电机控制电路的集成化对简化硬件电路、产品系列化、提高可靠性等非常有效，是研究的方向。本论文采用是目前国际上流行的一种单片机TMS320F240DSP芯片，它是美国TI生产的专为控制电机的一种16位单片机1.3开关磁阻电机调速系统结构与工作原理1.3.1SRD的组成开关磁阻电动机调速系统(SRD),是由SR电动机、功率电路、驱动电路、控制电路及转子位置检测器构成，图1—1⑵是SRD的方框图，图中功率电路，驱动电路、控制电路一起构成的电子控制器。由于转子位置检测器一般安

8、装在SR电动机的壳体内，即转子位置检测器与SR电机安装在一起，所以一般认为,SRD是由SR电动机和电子控制器两大部分组成。图1—1开关磁阻电机系统方框图FigureITSRDSy