开关磁阻电机讲座.pdf

发表人：李珍国发表人：李珍国(韩国 庆星大学) [Li zhenguo (Kyungsung univ.)] leezhenguo@ -目录目录 – ?开关磁阻电动机的工作原理 ?国内、外开关磁阻电机的研究现状及展望 ?开关磁阻电动机的最新控制技术 新一代电动机的开发与应用前景新一代电动机的开发与应用前景 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的结构原理图开关磁阻电机的结构原理图 - 定转子 双凸极结构- 定转子 双凸极结构 SRM的结构SRM的结构 - 定子各极上绕有集中线圈 - 转子上无绕组，无永磁铁，仅有叠片叠压而成 - 按照 - 定子各极上绕有集中线圈 - 转子上无绕组，无永磁铁，仅有叠片叠压而成 - 按照“磁阻最小化原理磁阻最小化原理”，产生磁阻电磁转矩 - 按转子位置给定子绕组逐次供电，以便旋转 ，产生磁阻电磁转矩 - 按转子位置给定子绕组逐次供电，以便旋转 A相A相 B相B相 C相C相 12/8极SRM12/8极SRM ? Switched Reluctance Motor（SRM）Switched Reluctance Motor（SRM） Page 1 6/6极SRM6/6极SRM 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的结构SRM的结构 Page 2 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的特点开关磁阻电机的特点 - 电气及机械结构简单、坚固，制造工艺简单 （可媲美于感应电机）- 电气及机械结构简单、坚固，制造工艺简单 （可媲美于感应电机） SRM的特点SRM的特点 - 需要专门的驱动电路，也因此容易实现多功能 - 损耗主要产生在定子端，因此驱动系统的效率高（相对于感应电机） - 电机的制作成本低，因此其经济性能好 - 起动转矩大，低速性能好 - 调速范围宽 (可工作于达几万rpm转速）) - 在宽领域内的调速范围内，控制灵活，易于实现各种转矩－速度特性 - 可四象限运行，具有再生制动能力 - 噪音，振动大（缺点） - 需要专门的驱动电路，也因此容易实现多功能 - 损耗主要产生在定子端，因此驱动系统的效率高（相对于感应电机） - 电机的制作成本低，因此其经济性能好 - 起动转矩大，低速性能好 - 调速范围宽 (可工作于达几万rpm转速）) - 在宽领域内的调速范围内，控制灵活，易于实现各种转矩－速度特性 - 可四象限运行，具有再生制动能力 - 噪音，振动大（缺点） Page 3 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的电感曲线（开关磁阻电机的电感曲线（Inductance Profile） SRM的电感曲线SRM的电感曲线 Page 4 3相 6/4 SRM的3相 6/4 SRM的 Inductance Profile 一例一例 ①① ②② ③③ ④④ 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的理想情况下的电感、电流及转矩开关磁阻电机的理想情况下的电感、电流及转矩 SRM的理想转矩SRM的理想转矩 Page 5 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 考虑电流变化时间考虑电流变化时间 考虑电流变化时间考虑电流变化时间 Page 6 ad ②①③②①③ ：开通角 ：关断角 领域 ① ：确保电流 领域 ② ：产生转矩 领域 ③ ：消磁 ：导通角（ ：开通角 ：关断角 领域 ① ：确保电流 领域 ② ：产生转矩 领域 ③ ：消磁 ：导通角（dwell角） ： 角） ：advance角角 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的驱动系统开关磁阻电机的驱动系统 SRM的驱动系统SRM的驱动系统 Page 7 - SRM 设计 - SRM 驱动电路 - SRM 控制算法 - SRM 位置检测 - SRM 设计 - SRM 驱动电路 - SRM 控制算法 - SRM 位置检测 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的数学模型开关磁阻电机的数学模型 SRM的数学模型SRM的数学模型 Page 8 ②② ad ①③①③ 领域 ①： 领域 ③ ：与领域 ② 相同 领域 ①： 领域 ③ ：与领域 ② 相同 dt di LiR dt d iRV ph offph ph phph +⋅= +⋅= λ 领域 ②：领域 ②： phrm iph iph ph iph iph ph phph i L dt di LiR i dt dL dt di LiR dt d iRV ω θ λ θ θ θ θ ∂ ∂ ++⋅= ++⋅= +⋅= ),( ),( ),( ),( - 电压方程 - 转矩方程 - 电压方程 - 转矩方程 rmph i phiphphph i L iL dt d iRiVω θ θ θ 2),(2 ),( 2 2 1 2 1 ∂ ∂ +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +⋅=⋅ 2),( 2 1 ph i ph i L T θ θ ∂ ∂ = ∑ = phtotal TT 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的驱动电路（功率转换器）开关磁阻电机的驱动电路（功率转换器） SRM的驱动电路SRM的驱动电路 Page 9 1.不对称桥式转换器 （1.不对称桥式转换器 （Asymmetric bridge converter）） a i b i c i 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的驱动电路SRM的驱动电路 Page 10 模式 1模式 1 模式分析：模式分析： 模式 2模式 3模式 2模式 3 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的驱动电路SRM的驱动电路 Page 11 2.双绕线组转换器 （2.双绕线组转换器 （Bifilar-winding converter）） 模式 1模式 2模式 1模式 2 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的驱动电路SRM的驱动电路 Page 12 3.电源分裂转换器 （3.电源分裂转换器 （Split-source converter）） 模式 1模式 2模式 1模式 2 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的驱动电路SRM的驱动电路 Page 13 4.4.C-dump 转换器 （转换器 （C-dump converter）） 模式 1模式 2模式 1模式 2 Q1 模式 3模式 3模式 4模式 4 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 ? 开关磁阻电机的控制算法开关磁阻电机的控制算法 SRM的控制算法SRM的控制算法 Page 14 1.驱动系统一例1.驱动系统一例 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的控制算法SRM的控制算法 Page 15 2.1 单一脉冲方式（2.1 单一脉冲方式（single－－pulse）） 2.电压调节2.电压调节 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的控制算法SRM的控制算法 Page 16 2.2 软斩波方式 （2.2 软斩波方式 （Soft chopping）） 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的控制算法SRM的控制算法 Page 17 2.3 硬斩波方式 （2.3 硬斩波方式 （hard chopping）） 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的控制算法SRM的控制算法 Page 18 3.电流控制3.电流控制 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理 SRM的控制算法SRM的控制算法 Page 19 3.角度控制3.角度控制 正常运行时正常运行时 负载减小时负载减小时 负载增大时负载增大时 国内外开关磁阻电机的研究现状与展望国内外开关磁阻电机的研究现状与展望 ? 开关磁阻电机的历史开关磁阻电机的历史 - 开关磁阻电机的名称源于1969年Nasar教授（美国）所写的一篇论文- 开关磁阻电机的名称源于1969年Nasar教授（美国）所写的一篇论文 SRM的历史SRM的历史 - 到了1980年，Lawrenson（英国） - 它的发展得益于电力电子、微电脑及控制 技术的迅猛发展 - 因具有结构简单、运行可靠及效率高， - 到了1980年，Lawrenson（英国） - 它的发展得益于电力电子、微电脑及控制 技术的迅猛发展 - 因具有结构简单、运行可靠及效率高， Page 20 2个基本特征：连续的开关工作模式，磁阻性2个基本特征：连续的开关工作模式，磁阻性 Nasar教授所提的SRM 发表了系统化的研究结果，并以此开始 有了现在的应用研究和实用化。

所以成为交、直流电机调速系统的强 有力的竞争者 Nasar教授所提的SRM 发表了系统化的研究结果，并以此开始 有了现在的应用研究和实用化 所以成为交、直流电机调速系统的强 有力的竞争者 国内外开关磁阻电机的研究现状与展望国内外开关磁阻电机的研究现状与展望 ? 开关磁阻电机的应用开关磁阻电机的应用 - 广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器各个领域- 广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器各个领域 SRM的应用SRM的应用 Page 21 主要有：排风机、空调、洗衣机、电动车、各种搬运机器主要有：排风机、空调、洗衣机、电动车、各种搬运机器 驱动洗衣机的磁阻电机（LG电子）用于油压泵的磁阻电机（智成精工） 驱动冰箱线性压缩机的磁阻电机（三星）驱动洗衣机的磁阻电机（LG电子）用于油压泵的磁阻电机（智成精工） 驱动冰箱线性压缩机的磁阻电机（三星） 国内外开关磁阻电机的研究现状与展望国内外开关磁阻电机的研究现状与展望 ? 开关磁阻电机的研究与趋势开关磁阻电机的研究与趋势 - 从早期的针对驱动系统、控制方式及- 从早期的针对驱动系统、控制方式及converter topology的研究的研究 SRM的研究SRM的研究 Page 22 到最近的针对高效率、低噪音化及应用性研究 - 具体为 到最近的针对高效率、低噪音化及应用性研究 - 具体为sensorless控制、为实现低噪音化的励磁方式、单相结构的应用、 电动车方面的应用、利用新型磁路结构的SRM设计 减小转矩脉动的控制方式和 控制、为实现低噪音化的励磁方式、单相结构的应用、 电动车方面的应用、利用新型磁路结构的SRM设计 减小转矩脉动的控制方式和switching topology ? 单相电机的功率因数改善（单相电机的功率因数改善（Power Factor Correction－－PFC）） PFCPFC Page 23 因滤波电容的容量大，所以 电容两端的电压变化小，而 输出转矩脉动小，但电源侧 电流流通时间少，而功率因 数低，效率减小。

因滤波电容的容量大，所以 电容两端的电压变化小，而 输出转矩脉动小，但电源侧 电流流通时间少，而功率因 数低，效率减小 1.研究背景1.研究背景 开关磁阻电机的最新控制技术开关磁阻电机的最新控制技术 -1 PFCPFC Page 24 已有功率因数改善 常用方法 新提出的方法 已有功率因数改善 常用方法 新提出的方法 2.新旧方法2.新旧方法 SRM Source Energy Energy Capacitor U Q D Q D D U D 1 D 2 D 3 D 4 D s i s v + − SRM C m i F Q c v + − 开关磁阻电机的最新控制技术开关磁阻电机的最新控制技术 -1 PFCPFC Page 25 放电电流 励磁模式输入电流 励磁模式 能量回收模式电源充电模式 放电电流 励磁模式输入电流 励磁模式 能量回收模式电源充电模式 3.模式分析3.模式分析 s v + − s i 1 D 2 D 3 D 4 D U Q D Q D D U D SRM m i C F Q c v + − 1 i s v + − 2 i 1 D 2 D 3 D 4 D U Q D D D Q U DF Q m i SRM C c v + − s v + − 。