开关磁阻电机及其控制系统PPT课件

SR电动机
205 179 8.68 3.74 1.43
普通异步 电动机 221 95 11.2 1.59 1.52
高效率异 步电动机 221 140 7.56 1.07 1.02
转矩/铜重（N·m/kg） 电动机效率（％） 系统效率（％） 峰值伏安容量（kVA/kW） 有效值伏安容量（kVA/kW）
SRD系统的功率变换器主要由主开关器件及其主电路、主开关 驱动电路、保护电路、稳压电源电路等组成。
最少主开关型主电路
➢ SRD功率变换器设计实例
1. 设计依据与原则 给定SRD原始数据如下： 定转子极数比：8/6（四相） 额定电压：260V（DC） 额定转速：1500r/min 额定功率：5.5KW 控制方式：变角度电压PWM斩波控制 调速范围：50－2000 r/min
定、转子相对位置及相绕组电感曲线
数学模型：（电压方程）
Uk
Rkik
k
ik
dki k dt
dt
Rkik
(LK
ik
LikK)ddkitik
Lk
d
dt
上式表明，电源电压与电路中三部分电压降相平衡。其中 ，等式右端第一项为K相回路中电阻的压降；第二项是由电流变 化引起磁链变化而感应的电动势，所以称为变压器电动势；第三 项是由转子位置改变引起绕组中磁链变化而感应得电动势，所以 称为运动电势，它直接影响机电能量的转换。
各相励磁随转子位置作三角波或 梯形波变化，不随电流改变
励磁是一组多相平衡的正弦波电流
各相自感随转子位置作正弦变化， 不随电流改变
同功率（7.5kw）SRD系统与异步电动机系统性能比较
性能参数 定子直径（mm） 铁心长度（mm）
转矩/定子体积（kN·m/m） 转矩/转动惯量（kN·m/kg·m）
转矩/电磁重量（N·m/kg）
6.93 88.3 85.7 11.2 5.50
7.72 85.0 —— 11.4 4.74
5.93 89.8 —— 10.4 4.26
SRD系统与直流和PWM变频调速系统性能比较
系统类型 比较项目
成本
效 率 额定转速
％
1/2额定转速
直流系统
1.0 76 65
PWM变频系统
1.5 77 65
SRD系统
形象的说，SRD系统的几大部分，控制器好比人的大脑，功率变换器与电 动机一起相当于人的四肢，人劳动需要能量（电源），劳动之前需要一定的 计划、要求（转速给定），劳动的对象即负载。
➢ SRD系统与其他系统的比较
SRD系统与反应式步进电机系统的主要差别
SRD 系 统
Fra Baidu bibliotek
反应式步进电机系统
利用转子位置反馈信号运行于 工作于开环状态，无转子位 自同步状态，相绕组电流导通 置反馈。多用于伺服控制系 时刻与转子位置有严格的对应 统，对步距精度要求很高， 关系,并且绕组电流波形的前 对效率指标要求不严格，只 后沿可以分别独立控制，即电 作电动状态运行。 流脉冲宽度可以任意调节。多 用于功率驱动系统，对效率指 标要求很高，功率等级至少可 达到数百千瓦，甚至数千千瓦， 并可运行于发电状态
系统功率变换器实用主电路
驱动集成电路----EXB841应用电路
8.4 开关磁阻电动机控制器
控制器好比SRD系统的神经中枢、大脑，它接收电机的 转子位置信号、绕组电流信号、外围给定信号，给出电机每 相绕组的通断信号，计算电机的转速等。
控制器框图
中央处理芯片一般采用数字信号处理器（DSP）来实现， TMS320LF2XXX系列的DSP为当前的主要款型，从上图这个 典型控制器原理控制可以看出， DSP负责判断转子的位置信 息，并综合各种保护信号和给定信息、转速情况，给出相通断 信号,以及产生一路定频调宽的PWM信号以利于使用PWM控制 方式。最后通过逻辑综合将信号传递给功率变换器中主开关器 件的驱动电路，以便通过主开关的通断来进行电机绕组的通断 控制。
可控参数多，既可调节主开关 一般只通过调节电源步进脉 管的开通角和关断角，也可采 冲的频率来调节转速 用调压或限流斩波控制
SR电机与反应式同步磁阻电机的主要差别
SR 电 机
反应式同步磁阻电机
定、转子均为双凸极结构
定子为齿、槽均匀分布的光滑内腔
定子绕组是集中绕组
定子嵌有多相绕组，近似正弦分布
励磁是顺序施加在各相绕组上的 电流脉冲
SR电动机运行特性
CCC方式下的斩波电流波形
角度位置控制时相电流波形
不同开通角下的相电流波形
电压PWM控制时的相电流波形
➢ 基于模糊控制算法的系统控制方式
8.3 SRD系统功率变换器
功率变换器是SR电动机运行时所需能量的供给者，也是电 机绕组通断指令的执行者。SR电动机的功率变换器相当于PWM 变频调速异步电动机的变频器一样，在调速系统中占有重要地位， 功率变换器设计是提高SRD系统性能价格比的关键之一。由于 SR电动机工作电压、电流波形并非正弦波，且波形受系统运行 条件及电机设计参数的制约，变化很大，难以准确预料，因此， SR电动机功率变换器的设计是与SR电动机、控制器的设计密切 相关的。
1.0 83 80
电动机容量/体积
1.0
0.9
控制能力
1.0
0.5
控制电路复杂性
1.0
1.8
可靠性
1.6
0.9
噪声/dB
65
72
>1.0 0.9 1.2 1.1
72
8.2 开关磁阻电动机的控制方式
SRD系统的控制方式是指电动机运行时如何通过一定的 控制参数进行电机的控制，使得电动机达到给定的转速值、 转矩值等运行工况，并保持较高的效率。和大多数其他电 动机不同，SRD系统中，可以说，没有控制就没有SR电机， 因为没有对电机绕组通电顺序的选择与控制，电机是不会 运行的，不像其他电机，即使没有控制装置，电机是可以 启动运行的，只不过其运行的方式一般比较单一，可控性 差而已。
第8章 开关磁阻电机及其控制系统
SRD系统的一些应用
8.1 开关磁阻电动机驱动控制系统构成与工作原理
SR电动机结构与工作原理
SR电动机动作原理图
检测单元由位置检测和电流检测环节组成，提供转子的位置信息从而确 定各相绕组的开通与关断，一般在电机内部会有几只判断转子实时位置的 传感器，位置传感器的目的在于确定开关磁阻电动机定、转子的相对位置， 即要用绝对位置传感器检测转子相对位置，然后位置信号反馈至逻辑控制 电路，以确定对应相绕组的通断；通过电流传感器提供电流信息给控制器， 来完成电流斩波控制或采取相应的保护措施以防止过电流。