第九章双凸极电机驱动系统.ppt

第一页，共二十九页，2022年，8月28日 一、开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor) 1. 结构特点 a. 定子和转子均为凸极结构； b. 定子上空间相对的两个极上的线圈串联或并联构成一相绕组; c. 转子上无绕组; d. 最常见的组合为6/4极，8/6极或12/8极。 9.双凸极电机驱动系统 第二页，共二十九页，2022年，8月28日 定子6极，转子4极 定子8极，转子6极 定子12 极，转子8极 9.双凸极电机驱动系统 第三页，共二十九页，2022年，8月28日 开关磁阻电机驱动系统组成框图 9.双凸极电机驱动系统 第四页，共二十九页，2022年，8月28日 2. 工作原理 1 当转子齿正对定子槽时，绕组电感有最小值； 2 当转子齿与定子齿对齐时，绕组电感有最大值； 3 当转子旋转时，绕组电感随之变化。 9.双凸极电机驱动系统 第五页，共二十九页，2022年，8月28日 开关磁阻电机的运行原理是“磁阻最小原则”。 在图示位置，当给B相绕组通电，转子将倾向于顺时针方向旋转，使磁路磁阻减小，直至转子齿2与定子齿B完全重合。然后，B相断开，A相通电，转子磁阻转矩将进一步使转子向前转动至转子齿1与A相重合。 转矩方向总是朝着最接近的定转子齿重叠的位置。按B-A-D-C顺序通电，转子将按顺时针方向连续旋转。 9.双凸极电机驱动系统 第六页，共二十九页，2022年，8月28日 为电磁转矩，Wf为磁场储能 wr为转子机械角速度 9.双凸极电机驱动系统 第七页，共二十九页，2022年，8月28日 由转矩公式可知： 开关磁阻电机的转矩大小与电流平方成正比，因此转矩方向与电流方向无关，故可以采用单极性电流供电； 转矩与绕组电感对转子位置角的变化率成正比。因此，只有当绕组电感随转子位置角而增大时，给绕组通电才能产生正向电动转矩。当电感随转子位置角而下降时，如绕组中仍有电流，则将产生制动转矩； 相绕组关断后绕组电流不能突变为零，有一个延续过程。为防止绕组电流延续到负转矩区，必须在绕组电感开始下降之前提前关断绕组。 9.双凸极电机驱动系统 第八页，共二十九页，2022年，8月28日 3 基本控制策略 A. 低速时的电流斩波控制（Current chopping control- CCC) 在电感很小时使绕组开通，电流快速上升。为防止电流过大而损坏电机，当电流达到最大值 Imax 时，使绕组关断；电流开始衰减，当电流衰减咸至Imin 时，绕组重新开通。 在最大电感出现之前必须将绕组关断，以免电流延续到负转矩区。 9.双凸极电机驱动系统 第九页，共二十九页，2022年，8月28日 B. 高速时的角度位置控制（Angular position control-APC) 高速时，由于反电势大，电流受到限制，上升较慢。当到达最大值后，因电感的增加，电流反而下降。 同样，为避免电流延续到负转矩区，绕组要在电感到达最大值之前关断。速度越高，要关断的越早。 9.双凸极电机驱动系统 第十页，共二十九页，2022年，8月28日 典型机械特性 9.双凸极电机驱动系统 第十一页，共二十九页，2022年，8月28日 4 功率变换电路 每相一个开关管 四相驱动电路（每相二个开关管） 9.双凸极电机驱动系统 第十二页，共二十九页，2022年，8月28日 5 开关磁阻电机的非线性特性 以上分析都是在线性条件下进行的。实际电机磁路为非线性。 磁场分布 9.双凸极电机驱动系统 第十三页，共二十九页，2022年，8月28日 非线性电感 非线性转矩 9.双凸极电机驱动系统 第十四页，共二十九页，2022年，8月28日 6 开关磁阻电机的优缺点： 优点： 结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高； 采用集中式绕组，绕组端部短，省铜，绕组电阻小，效率高； 因转矩与电流方向无关，可用单极性电流供电，故功率变换器可简化，每相可用一个功率器件，不仅降低了成本，还避免了上、下桥臂直通问题。 缺点： 由于只有当电感变化率为正时绕组才能导通，一个周期中只有半个得到利用，因此系统效率和材料利用率相对较低； 定子绕组既要提供有功电流，又要提供无功电流，增大。 9.双凸极电机驱动系统 第十五页，共二十九页，2022年，8月28日 了绕组和功率变换器的VA容量；无功（励磁）电流在绕组和功率器件中产生损耗，降低了系统效率； 由于开关磁阻电机的绕组电感较大，并且绕组关断时电感处于电感最大值位置，关断后电流衰减慢，很容易延续到负转矩区，因此绕组需要提前关断，速度越高，提前量就要越大，使绕组有效导通区间减速小，削弱了电机的出力； 因定转子为双凸极结构，转矩脉动分量较大，会引起振动和噪声。 9.双凸极电机驱动系统 第十六页，共二十九页，2022年，8月