《变磁阻双凸极电机》PPT课件

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1、第11章变磁阻(双凸极)电机的建模与分析刘锦波山东大学控制科学与工程学院内容简介：涉及下列两类双凸极电机的基本运行原理、电磁过程、数学模型及运行特性开关磁阻电机;步进电机开关磁阻电机根据转子位置决定各相励磁绕组的通电时刻,因而属于自控式同步电动机的一种;步进电机是按照一定的顺序对定子励磁绕组进行通电,定子绕组每输入一个脉冲,转子转过一定角度。两类电机的差别：两类电机的共同点：从结构上看：由装有励磁绕组的定子和具有凸极的转子构成，其转子上无任何绕组；从原理上看：利用转子凸极轴线总是趋向于与定子所产生的磁通轴线对齐，最终确保在给定定子激磁的条件下获得最

2、大的定子磁链。正是这一“对齐”趋势，才使得变磁阻电机产生有效的电磁转矩。11.1预备知识（电源输入的电能）=（磁场储能的增量）+（输出的机械能）+（转换为热的能量）11.1.1机电系统的能量守恒定律内容:对于以磁场作为媒介的机电系统，根据能量守恒定律，有：图11.1基于磁场耦合的机电能量转换装置（11-1）11.1.2利用磁场储能和磁共能对电磁转矩的计算（11-2）根据图11.1中的无损耗磁场储能系统，利用式（11-1）得下列增量关系：1.利用磁场储能计算电磁转矩对于图11.1所示的无损耗磁场储能系统，根据法拉第电磁感应定律，得：（11-3）（11

3、-4）对于具有旋转运动的机电系统，其输出机械能的微分为：（11-5）将式（11-4）、（11-5）代入（11-2）便可获得能量法的基本关系式为：（11-6）上式表明：机电系统的能量转换是由耦合磁场的变化而引起的。对于电气系统，正是由于耦合磁场的变化（表现为磁链的变化）才引起线圈内的感应电势，使得电能得以输入或输出；对于机械系统，正是由于磁场储能的变化才导致电磁转矩（或电磁力)的产生，使得机械能得以输出或输入。利用磁场储能计算电磁转矩的一般方法:考虑到，根据全微分，有：（11-7）对比式（11-6）和（11-7）得：（11-8）（11-9）2.利用磁

4、共能计算电磁转矩图11.2磁场储能和磁共能的定义利用磁场储能计算电磁转矩的一般方法:图11.2中，磁场储能和磁共能可分别用下式来描述：（11-10）（11-11）对式（11-11）取微分得：（11-12）将式（11-6）代入上式，得：（11-13）由于，利用全微分，得：（11-14）对比式（11-13）和（11-14）得：（11-15）（11-16）当磁路为线性时，磁链和电流之间的关系变为：于是，磁场储能为：磁共能为：（11-17）（11-18）将式（11-18）代入（11-16）得：（11-19）上式表明：SRM所产生的瞬时电磁转矩正比于电感的导

5、数以及电流的平方。即:(1)若电感随着转角的增加而增加，且绕组内有电流流过，则所产生的电磁转矩为正，即电磁转矩为驱动性的。此时，电机运行在电动机状态；若电感随着转角的增加而减小，且绕组内有电流流过，则所产生的电磁转矩为负，即电磁转矩为制动性的。此时，电机将运行在发电机状态（或回馈制动状态）;(2)由于电磁转矩与电流的平方成正比，电磁转矩的正、负与电流的方向无关，因此每相绕组可以通过单方向的电流供电。3.利用磁共能计算电磁转矩对于多端激磁系统(即由多相绕组同时激磁的系统，式（11-6）可修改为：（11-20）多端激磁系统满足下列关系式：相应的磁共能为

6、：用磁共能表示的多端激磁系统的磁链和电磁转矩由下式给出：（11-21）（11-22）（11-23）（11-24）（11-25）对于线性磁路，若定子两相绕组同时通电，则磁共能变为：（11-26）代入式（11-25）得电磁转矩为：（11-27）对于开关磁阻电机，一般可以忽略不计，因此，每相定子绕组所产生的电磁转矩仍与对应相电流的平方成正比。11.2开关磁阻电动机的建模与分析结构简单、转子转动惯量小；成本小；动态响应快系统的调速范围宽效率高、可靠性高11.2开关磁阻电动机的建模与分析SRM的优缺点：转矩存在脉动噪音大11.2.1SRM的基本运行原理图11

7、.4四相8/6开关磁阻电机的截面图在运行原理上，开关磁阻电机的相当于大步距角的步进电机。考虑到SRM定子电感的变化率可由下式近似给出：（11-28）式中，、分别表示定、转子轴线对齐（即齿对齿）时定子每相绕组电感的最大值和定子齿与转子槽轴线对齐（即齿对槽）时定子每相绕组电感的最小值；SRM的结构特点及分析：双凸极结构；定、转子的极数（或齿数）之比（多极与少极之比）最好不为整数。如8/6极或6/4极。（1）（2）根据式（11-9）及上式，可见：双凸极结构（其较大），可以确保最大电磁转矩；定、转子取非整数极数之比是为了避免转矩死点（转矩为零的点）。11.

8、2.2SRM的电磁过程线性磁路时SRM的定子电感波形与电磁转矩的产生图11.5SRM磁路线性时定子磁链与电流之间的关系曲线