开关磁阻电机及其控制系统

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
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
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
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
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。
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。
开关磁阻电机及其控制系统
SRD系统的一些应用
SR电动机动作原理图
某三相SR电动机典型功率变换器主电路
某典型控制器硬件电路原理框图
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。
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
dik k dt

dt
Rkik
(LK
ik
LK ik
)
dik dt
ik
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。
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）
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）
可控参数多，既可调节主开关 一般只通过调节电wenku.baidu.com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
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。