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開關(guān)磁阻電機(jī)
閱讀�26811�(shí)間:2011-05-30 14:47:15

  開關(guān)磁阻電機(jī)(SwitchedReluctanceDrive:SRD)的�(diào)速系�(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系�(tǒng)的優(yōu)�(diǎn),是�變頻�(diào)速系�(tǒng)、無�直流電動(dòng)�(jī)�(diào)速系�(tǒng)之后�(fā)展起來的一代無級調(diào)速系�(tǒng),是集現(xiàn)代微電子技�(shù)、數(shù)字技�(shù)、電力電子技�(shù)、紅外光電技�(shù)及現(xiàn)代電磁理�、設(shè)�(jì)和制作技�(shù)為一體的�、機(jī)、電一體化高新技�(shù)�

  �、美等經(jīng)�(jì)�(fā)�(dá)國家對開�(guān)磁阻電動(dòng)�(jī)�(diào)速系�(tǒng)的研究起步較�,并已取得顯著效�,產(chǎn)品功率等級從�(shù)w直到�(shù)百kw,廣泛應(yīng)用于家用電器、航�、航天、電�、機(jī)械及電動(dòng)車輛等領(lǐng)��

 

�(fā)展概�

  開關(guān)磁阻電機(jī)�80年代初隨著電力電�、微電腦和控制技�(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)�(dòng)系統(tǒng),具有結(jié)�(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及效率高等突出特點(diǎn),成為交流電�(jī)�(diào)速系�(tǒng)、直流電�(jī)�(diào)速系�(tǒng)和無刷直流電�(jī)�(diào)速系�(tǒng)的強(qiáng)有力的競爭�,引起各國學(xué)者和企業(yè)界的廣泛�(guān)�??鐕姍C(jī)公司Emerson電氣公司還將開關(guān)磁阻電機(jī)視為其下世紀(jì)�(diào)速驅(qū)�(dòng)系統(tǒng)的新的技�(shù)、經(jīng)�(jì)增長�(diǎn)。目前開�(guān)磁阻電機(jī)已廣泛或開始�(yīng)用于工業(yè)、航空業(yè)和家用電器等各�(gè)�(lǐng)��

  1970�,英國Leeds大學(xué)步�(jìn)電機(jī)研究小組首創(chuàng)一�(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor, SRM)雛�,這是�(guān)于開�(guān)磁阻電機(jī)最早的研究�1972�,�(jìn)一步對帶半�(dǎo)體開�(guān)的小功率電動(dòng)�(jī)�10w�1kw)�(jìn)行了研究。到�1975年有了實(shí)�(zhì)性的�(jìn)�,并一直發(fā)展到可以�50kw的電瓶汽車提供裝置�1980年在英國成立了開�(guān)磁阻電機(jī)�(qū)�(dòng)裝置有限公司(SRD Ltd.�,專門�(jìn)行SRD系統(tǒng)的研�、開�(fā)和設(shè)�(jì)�1983年英國(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列�(chǎn)品,該產(chǎn)品命名為OULTON�1984年TASC�(qū)�(dòng)系統(tǒng)公司也推出了他們的�(chǎn)�。另外SRD Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)�(dòng)系統(tǒng),到1986年已�(yùn)�500km。該�(chǎn)品的出現(xiàn),在電氣傳動(dòng)界引起不小的反響。在很多性能指標(biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平,整�(gè)系統(tǒng)的綜合性能�(jià)格指�(biāo)�(dá)到或超過了工�(yè)中長期廣泛應(yīng)用的一些變速傳�(dòng)系統(tǒng)�

  從上世紀(jì)90年代國際會議的上有關(guān)SRD系統(tǒng)的文章來�,對SRD系統(tǒng)的研究工作已�(jīng)從論證它的優(yōu)�(diǎn)、開�(fā)�(yīng)用階段�(jìn)入到�(shè)�(jì)理論、優(yōu)化設(shè)�(jì)研究階段。對SR電機(jī)、控制器、功率變換器等的�(yùn)行理�、優(yōu)化設(shè)�(jì)、結(jié)�(gòu)形式等方面�(jìn)行了更加深入的研究�

�(yōu)�(diǎn)

  1、電�(dòng)�(jī)�(jié)�(gòu)簡單、成本低、可用于高速運(yùn)�(zhuǎn)。SRD的結(jié)�(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)�(jī)還要簡單。其突出的優(yōu)�(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞�,因此不會有鼠籠感應(yīng)電機(jī)制造過程中鑄造不良和使用過程中的斷條等問題。其�(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度極�,可以用于超高速運(yùn)�(zhuǎn)(如每分鐘上萬轉(zhuǎn))。在定子方面,它只有幾�(gè)集中繞組,因此制造簡�、絕緣結(jié)�(gòu)簡單�

  2、功率電路簡單可�。因?yàn)殡妱?dòng)�(jī)�(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān),即只需單方相繞組電�,故功率電路可以做到每相一�(gè)功率開關(guān)。對比異步電�(dòng)�(jī)繞組需流過雙向電流,向其供電的PWM變頻器功率電路每相需兩�(gè)功率器件。因此,開關(guān)磁阻電動(dòng)�(jī)�(diào)速系�(tǒng)較PWM變頻器功率電路中所需的功率元件少,電路結(jié)�(gòu)簡單。另�,PWM變頻器功率電路中每橋臂兩�(gè)功率開關(guān)管直接跨在直流電源側(cè),易�(fā)生直通短路燒毀功率器件。而開�(guān)磁阻電動(dòng)�(jī)�(diào)速系�(tǒng)中每�(gè)功率開關(guān)器件均直接與電動(dòng)�(jī)繞組相串�(lián),根本上避免了直通短路現(xiàn)�。因此開�(guān)磁阻�(diào)速電�(dòng)�(jī)�(diào)速系�(tǒng)中功率電路的保護(hù)電路可以簡化,即降低了成�,又有較高的工作可靠��

  3、系�(tǒng)可靠性高。從電動(dòng)�(jī)的電磁結(jié)�(gòu)上看,各�(xiàng)繞組和磁路相互獨(dú)�,各自在一定軸角范圍內(nèi)�(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)�。而不像在一般電�(dòng)�(jī)中必須在各相繞組和磁路共同作用下�(chǎn)生一�(gè)旋轉(zhuǎn)磁場,電�(dòng)�(jī)才能正常�(yùn)�(zhuǎn)。從控制�(jié)�(gòu)上看,各相電路各自給一相繞組供電,一般也是相互獨(dú)立工�。由此可�,當(dāng)電動(dòng)�(jī)一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時(shí),只需停止該相工作,電�(dòng)�(jī)除總輸出功率能力有所減小外,并無其他妨礙�

  4、起�(dòng)�(zhuǎn)矩大,起�(dòng)電流�??刂破鲝碾娫�?cè)吸收較少的電�,在電機(jī)�(cè)得到較大的起�(dòng)�(zhuǎn)矩是本系�(tǒng)的一大特�(diǎn)。典型產(chǎn)品的�(shù)�(jù)是:起動(dòng)電流為額定電流的15%�(shí),獲得起�(dòng)�(zhuǎn)矩為100%的額定轉(zhuǎn)�;起�(dòng)電流為額定電流的30%�(shí),起�(dòng)�(zhuǎn)矩可�(dá)其額定轉(zhuǎn)矩的250%。而其他調(diào)速系�(tǒng)的起�(dòng)特性與之相�,如直流電機(jī)�100%的電�,鼠籠感�(yīng)電動(dòng)�(jī)�300%的電�,獲�100%的轉(zhuǎn)矩。起�(dòng)電流小而轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)�(diǎn)還可以延伸到低速運(yùn)行段,因此本系統(tǒng)十分合適那些需要重載起�(dòng)和較長時(shí)間低速重載運(yùn)行的�(jī)��

  5、適用于頻繁起停及正反向�(zhuǎn)換運(yùn)�。本系統(tǒng)具有的高起動(dòng)�(zhuǎn)矩、低起動(dòng)電流的特�(diǎn),使之在起動(dòng)過程中電流沖擊小,電�(dòng)�(jī)和控制器�(fā)熱較連續(xù)額定�(yùn)行時(shí)還要�??煽貐?shù)多使其制�(dòng)�(yùn)行能與電�(dòng)�(yùn)行具有同樣優(yōu)良的�(zhuǎn)矩輸出能力和工作特�。二者綜合作用的�(jié)果必然使之適用于頻繁起停及正反向�(zhuǎn)換運(yùn)行,次數(shù)可達(dá)1000�/小時(shí)�

  6、可控參�(shù)�,調(diào)速性能�。控制開�(guān)磁阻電動(dòng)�(jī)的主要運(yùn)行參�(shù)和常用方法至少有四種:相�(dǎo)通角、相�(guān)斷角、相電流幅�、相繞組電壓??煽貐?shù)�,意味著控制靈活方便??梢愿鶕?jù)對電�(dòng)�(jī)的運(yùn)行要求和電動(dòng)�(jī)的情�,采取不同控制方法和參數(shù)值,即可使之�(yùn)行于狀�(tài)(如出力、效率等),還可使之�(shí)�(xiàn)各種不同的功能的特定曲線。如使電�(dòng)�(jī)具有完全相同的四象限�(yùn)行能力,并具有起�(dòng)�(zhuǎn)矩和串勵(lì)電動(dòng)�(jī)的負(fù)載能力曲�。由于SRD速度閉環(huán)是必備的,因此系�(tǒng)具有很高的穩(wěn)速精�,可以很方便的構(gòu)成無靜差�(diào)速系�(tǒng)�

  7、效率高,損耗小。本系統(tǒng)是一種非常高效的�(diào)速系�(tǒng)。這是�?yàn)橐环矫骐�?dòng)�(jī)繞組無銅�;另一方面電動(dòng)�(jī)可控參數(shù)多,靈活方便,易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同�(fù)載下�(shí)�(xiàn)高效�(yōu)化控制。以3kWSRD為例,其系統(tǒng)效率在很寬范圍內(nèi)都在87%以上,這是其它一些調(diào)速系�(tǒng)不容易達(dá)到的。將本系�(tǒng)同PWM變頻器鼠籠型異步電動(dòng)�(jī)的系�(tǒng)�(jìn)行比�,本系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速和不同�(fù)載下的效率均比變頻器系統(tǒng)高,一般要�5�10�(gè)百分�(diǎn)�

  8、可通過�(jī)和電的統(tǒng)一�(xié)�(diào)�(shè)�(jì)滿足各種特殊使用要求�

�(yīng)�

  近年�,開�(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用和�(fā)展取得了明顯的�(jìn)�,已成功地應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)�(dòng)、通用工業(yè)、家用電器和紡織�(jī)械等各�(gè)�(lǐng)�,功率范圍從10W�5MW,速度高達(dá)100000 r/min�

  1、電�(dòng)車應(yīng)�

  開關(guān)磁阻電機(jī)最初的�(yīng)用領(lǐng)域就是電�(dòng)�。目前電�(dòng)摩托車和電動(dòng)自行車的�(qū)�(dòng)電機(jī)主要有永磁無刷及永磁有刷兩種,然而采用開�(guān)磁阻電機(jī)�(qū)�(dòng)有其�(dú)特的�(yōu)�。當(dāng)高能量密度和系統(tǒng)效率為關(guān)鍵指�(biāo)�(shí),開�(guān)磁阻電機(jī)�?yōu)閷ο蟆?/FONT>

  2� 紡織工業(yè)�(yīng)�

  近十多年來我國紡織機(jī)械行�(yè)的機(jī)電一體化水平有了較明顯的提高,在新型紡織�(jī)械上普遍采用了機(jī)電一體化技�(shù)。這項(xiàng)技�(shù)的內(nèi)容包含了先�(jìn)的信息處理和控制技�(shù),即以計(jì)算機(jī)為核�,有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人�(jī)界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系�(tǒng);先�(jìn)的驅(qū)�(dòng)技�(shù),有變頻�(diào)�,交流伺�,步�(jìn)電機(jī)�;檢測傳感技�(shù)和執(zhí)行機(jī)�(gòu);精密機(jī)械技�(shù)等。棉紡織�(shè)備較有代表性的�(jī)電一體化�(chǎn)�,例如新型的粗紗�(jī)、分條整�(jīng)�(jī)、漿紗機(jī)�。其中,無梭織機(jī)的主傳動(dòng)技�(shù)也有了新的突破:采用開關(guān)磁阻電機(jī)作為無梭織機(jī)的主傳動(dòng)帶來許多好處,減少傳�(dòng)齒輪、不用皮帶和皮帶�,不用電磁離合器和剎車盤,不用尋緯電�(jī),節(jié)�10%等優(yōu)�(diǎn),國�(nèi)已有開關(guān)磁阻電機(jī)和驅(qū)�(dòng)器的�(chǎn)品(北京中紡�(jī)電研究所�,目前還在與無梭織機(jī)主機(jī)廠合�,共同開�(fā)�(yīng)用技�(shù),希望能盡快取得成功��

  3� 焦炭工業(yè)�(yīng)�

  開關(guān)磁阻電機(jī)(SRD)因其起�(dòng)力矩�� 起動(dòng)電流�,可以頻繁重載起�(dòng),無需其它的電源變壓器,節(jié)�,維�(hù)簡單,特別適用于礦井輸送機(jī)、電牽引采煤�(jī)及中小型絞車��90年代英國已研制成�300kW的開�(guān)磁阻電機(jī),用于刮板輸送機(jī),效果很�。我國已研制成功110kW的開�(guān)磁阻電機(jī)用于矸石山絞� �132kW的開�(guān)磁阻電機(jī)用于帶式輸送機(jī)拖動(dòng),良好的起動(dòng)和調(diào)速性能受到工人們的歡迎� 我國還將開關(guān)磁阻電機(jī)用于電牽引采煤機(jī)牽引,運(yùn)行試�(yàn)表明新型采煤�(jī)性能良好。此外還成功地將開關(guān)磁阻電機(jī)用于電機(jī)車,提高了電�(jī)車運(yùn)行的可靠性和效率�

  4� 家電行業(yè)�(yīng)�

  隨著人們生活水平的提高,洗衣機(jī)已逐漸深入千家萬戶,洗衣機(jī)也經(jīng)歷了手動(dòng)�(jī)械洗衣機(jī)、半自動(dòng)洗衣�(jī)、全自動(dòng)洗衣�(jī)的發(fā)展過�,并不斷智能�。洗衣機(jī)電機(jī)也由簡單的有級調(diào)速電�(jī)�(fā)展為無級�(diào)速電�(jī)�

�(fā)展趨勢的展望

  作為一種新型調(diào)速驅(qū)�(dòng)系統(tǒng),開�(guān)磁阻電機(jī)以其�(jié)�(gòu)簡單、低成本、高效率、優(yōu)良的�(diào)速性能和靈活的可控�,愈來愈得到人們的�(rèn)可和�(yīng)用。目前已成功�(yīng)用于在電�(dòng)車用�(qū)�(dòng)系統(tǒng)、家用電�、工�(yè)�(yīng)�、伺服系�(tǒng)、高速驅(qū)�(dòng)、航空航天等眾多�(lǐng)域中,成為交流電�(jī)�(diào)速系�(tǒng)、直流電�(jī)�(diào)速系�(tǒng)和無刷直流電�(jī)�(diào)速系�(tǒng)的強(qiáng)有力競爭者�

  美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家都開展了SRD系統(tǒng)的研制工�。在國外的應(yīng)用中,SRD一般用于牽引中,例如電瓶車和電�(dòng)汽車。同�(shí)高速性能是SRD的一�(gè)特長的方�。據(jù)�(bào)道,美國為空間技�(shù)研制了一�(gè)25000r/min�90kW的高速SRD樣機(jī)。SRD系統(tǒng)的研究已被列入我國中、小型電�(jī)“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項(xiàng)��

  華中科技大學(xué)開關(guān)磁阻電機(jī)課題組在“九五”項(xiàng)目中研制出使用SRD的純電動(dòng)轎車,在“十五”項(xiàng)目中將SRD�(yīng)用到混合�(dòng)力城市公交車,均取得了較好的�(yùn)行效�。紡織機(jī)械研究所將SRD�(yīng)用于毛巾印花�(jī)、卷布機(jī),煤礦牽引及電動(dòng)車輛�,取得了顯著的經(jīng)�(jì)效益�

  近年來功率電子技�(shù),�(shù)字信號處理技�(shù)和控制技�(shù)的快速發(fā)�,而且隨著智能技�(shù)的不斷成熟及高速高效低�(jià)格的�(shù)字信號處理芯片(DSP)的出現(xiàn),利用高性能DSP開發(fā)各種�(fù)雜算法的間接位置檢測技�(shù),無需附加外部硬件電路,大大提高了開關(guān)磁阻電機(jī)檢測的可靠性和適用�,必將更大限度地顯示SRD的優(yōu)越性�

  90年代�(jìn)一步以�(jì)算機(jī)控制的柔性制造系�(tǒng)、主體倉庫、機(jī)器人�(jìn)行裝配等組合起來,由�(jì)算機(jī)控制材料、部件的供應(yīng)管理、達(dá)到全廠高效率、高�(zhì)量的全自�(dòng)化均衡生�(chǎn),設(shè)�(jì)和制造水平不斷提�,專用控制芯片和集成功率器件不斷被開�(fā)出來,開�(guān)磁阻電機(jī)性能和適用性不斷增�(qiáng)。隨著國民經(jīng)�(jì)建設(shè)的日益發(fā)�,各行各�(yè)的機(jī)械化、自�(dòng)化程度越來越�,為開關(guān)磁阻電機(jī)提供了巨大的潛在市場�