开关磁阻电机的设计及应用-贾明全

AC380V
上电限流电 阻
主电路
A B C
3相12/8极SRM
系统组成（二）
控制器由嵌入式微处理器、可编 程逻辑器件、驱动电路、电力电子器 件及软件组成。提供数据显示及键盘 输入功能。
具有开关量和模拟量接口，可输 入传感器及开关信号，可输出模拟量 及继电器信号，可实现简单的PLC控 制功能；具有通讯接口，用户可通过 该接口实现远方监控。
开关磁阻电机的发展（二）
1983年后，开关磁阻电机技术不断发展，应用领域不断 扩大。
随着永磁材料价格的不断攀升，越来越多的公司将目光 转向开关磁阻电机，通过对开关磁阻电机技术的深入研 发，使开关磁阻电机的性能能够接近或达到永磁电机的 性能。
开关磁阻电机基本原理（一）
SRM 转子
SRM 定子
开关磁阻电机是定子、转子双凸极可变磁阻电机。定子、 转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组及鼠笼条，也无永磁 体，定子极上绕有集中绕组。开关磁阻电机可设计成多种不同的 相数，且定、转子的极数有多种不同的搭配，这种特殊的组合形
系统组成（三）
控制器通过控制绕组电流的通断控制 电机的运行，而与绕组电流的方向无关。
转子上固定有确定转子相对定子位置 的齿盘，定子上装有检测齿盘转动脉冲的 传感器，位置信号以电脉冲的方式传送给 控制器。
控制器根据位置编码，开通和关断相 应的绕组，使电机可在四象限运行，可实 现电机的连续运转、制动、点动及位置保 持功能。
系统组成（一）
RS232
开关量输入 开关量输出
通讯接口
光电隔离 继电器
控制驱动电源 IGBT驱动电源
显示与键盘
嵌入式微处理器
可编程逻辑器件
驱 动 信
号
保 护 信
号
IGBT驱动及保护电路
A/D转换
D/A转换
光电隔离 电流采样 斩波电路
模拟量输入 模拟量输出
开关磁阻电机调速 系统由控制器及电机两 大部分组成。
系统特性（三）
缺相仍可工作，不烧控制器和电机
开关磁阻电机输入即使缺相，仍可欠功率运行，不会烧毁电 机和控制器。
动态响应性能良好
通过提高转速的采集速度和精度，及采用电流调节和角度调 节的统一算法，大大提高了系统的动态响应性能。
系统特性（四）
过载能力强
电机的起动转矩可以达到额定转矩的3倍以上，电机的整个起动 过程可以一直保持最大转矩输出。
转矩/额定转矩 Hale Waihona Puke Baidu率/额定功率
300% 280% 260% 240% 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20%
0
转矩
功率
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 转速/额定转速
90% 100%
300% 280% 260% 240% 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20%
开关磁阻电机的设计及应用
山东科汇电力自动化有限公司 2012年9月
目录
一、开关磁阻电机的发展 二、基本原理 三、系统组成 四、系统特性 五、设计及优化 六、应用
术语与缩写
SRM 英文“Switched Reluctance Motor”的缩写，表示开关 磁阻电机
SRD 英文“Switched Reluctance Drive”的缩写，表示开关 磁阻（电机）驱动系统
0 110% 120% 130% 140% 150%
开关磁阻电机转矩-转速和功率-转速曲线
系统特性（五）
功率器件控制错误不会引起短路
开关磁阻电机调速系统的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联， 不存在发生功率器件控制错误导致短路而烧毁的现象。
三相 交流 输入
IGBT驱动及控制系统
A
B
C
三相 交流 输入
式得到了广泛的应用。
开关磁阻电机基本原理（二）
A2
C1
B2
B1
C2
A1
a1
c2
b1
b2
c1
a2
S1
S2
D1
D2
E
IGBT驱动及 控制系统
左图所示电机为12/8极结构，定 子是12极，转子是8极。
以定、转子的相对位置作为起始 位置，依次给C→A→B相绕组通电， 转子即会逆着励磁顺序以顺时针方向 连续旋转；反之，依次给B→A→C相 通电，则电机会逆时针方向旋转。开 关磁阻电机的转向与绕组的电流方向 无关，只取决于绕组通电的顺序。
输出功率（kW）
效率（%）
系统特性（二）
调速范围宽，低速下可长期运转
在零到最高转速的范围内均可带负荷长期运转，电机及控制 器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
高起动转矩，低起动电流
开关磁阻电动机调速系统起动转矩达到额定转矩的150%时， 起动电流仅为额定电流的30%。
可频繁起停，及正反转切换
开关磁阻电机可频繁起动和停止，频繁正反转切换。在有 制动单元及制动功率满足要求的情况下，起停及正反转切换 可达每小时二千次以上。
开关磁阻电机的发展（一）
1838年，苏格兰学者Davidson发明了开关磁阻电机， 但由于当时没有电子器件，采用的是机械开关，使得 该种电机在当时没有实现推广的可能。
1980年，英国学者P.J.Lawrenson及其同事在ICEM会议 上，系统的介绍了他们的工作成果，阐述了开关磁阻 电机的原理及设计特点，在国际上奠定了现代开关磁 阻电机的地位。
系统特性（一）
系统效率高
开关磁阻电机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率 比其它调速系统高出至少10%。在低转速及非额定负载下高效 率则更加明显。
B D
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
开关磁阻电机基本原理（三）
SRM 的结构比鼠笼式异步电机还要简单，其突出的优点 是定子上只有集中绕组，转子上仅由硅钢片叠压而成， 机械强度很高，制造简单、可靠性高。
控制器通过电子电路，控制功率开关器件的导通与关断， 功率开关器件又控制电机各相绕组电流的导通与关断， 从而使电机旋转。电机的旋转方向与电流方向无关。通 过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电机的旋转方 向，通过控制绕组的电流可以控制电机的转速。
IGBT驱动及控制系统 A B C
开关磁阻电机主电路
交流变频主电路
系统特性（六）
可靠性很高
由于开关磁阻电机的转子无绕组和鼠笼条，抗冲击能力强， 转子惯量小，频繁正反转时机械强度高。