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开 关磁阻电机的发展及优点

发 布者:顺科  发 布时间:2016/12/22 8:59:51

    开 关磁阻电机是80年 代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统,具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者,引 起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司Emerson电 气公司还将开 关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。目前开 关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。

   1970年,英国Leeds大 学步进电机研究小组首创一个开 关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM) 雏形,这是关于开 关磁阻电机最早的研究。1972年 ,进一步对带半导体开关的小功率电动机(10w~1kw) 进行了研究。到了1975年 有了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的 电瓶汽车提供装置。1980年 在英国成立了开 关磁阻电机驱动装置有限公司(SRD Ltd.) ,专门进行SRD系 统的研究、开发和设计。
  1983年英国(SRD Ltd.) 首先推出了SRD系 列产品,该产品命名为OULTON。1984年TASC驱 动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 研 制了一种适用于有轨电车的驱动系统,到1986年已运行500km。 该产品的出现,在电气传动界引起不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。  
   从上世纪90年 代国际会议的上有关SRD系 统的文章来看,对SRD系 统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。对SR电 机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。
   开 关磁阻电机的优点:
  1.电 动机结构简单、成本低、可用于高速运转。SRD的 结构比鼠笼式感应电动机还要简单。其突出的优点是转子上没有任何形式的绕组,因此不会有鼠笼感应电机制造过程中铸造不良和使用过程中的断条等问题。其转子机械强度极高,可以用于超高速运转(如每分钟上万转)。在定 子方面,它只有几个集中绕组,因此制造简便、绝缘结构简单。  
  2.功 率电路简单可靠。因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关,即只需单方相绕组电流,故功率电路可以做到每相一个功率开关。对比异步电动机绕组需流过双向电流,向其供电的PWM变 频器功率电路每相需两个功率器件。因此,开关磁阻电动机调速系统较PWM变 频器功率电路中所需的功率元件少,电路结构简单。另外,PWM变 频器功率电路中每桥臂两个功率开关管直接跨在直流电源侧,易发生直通短路烧毁功率器件。而开关磁阻电动机调速系统中每个功率开关器件均直接与电动机绕组相串联,根本上避免了直通短路现象。因此开关磁阻调速电动机调 速系统中功率电路的保护电路可以简化,即降低了成本,又有较高的工作可靠性。  
  3.系 统可靠性高。从电动机的电磁结构上看,各项绕组和磁路相互独立,各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个旋转磁场,电动机才能正常运转。从控制结构上看,各 相电路各自给一相绕组供电,一般也是相互独立工作。由此可知,当电动机一相绕组或控制器一相电路发生故障时,只需停止该相工作,电动机除总输出功率能力有所减小外,并无其他妨碍。  
  4.起 动转矩大,起动电流低。控制器从电源侧吸收较少的电流,在电机侧得到较大的起动转矩是本系统的一大特点。典型产品的数据是:起动电流为额定电流的15%时 ,获得起动转矩为100%的 额定转矩;起动电流为额定电流的30%时 ,起动转矩可达其额定转矩的250%。 而其他调速系统的起动特性与之相比,如直流电机为100%的 电流,鼠笼感应电动机为300%的 电流,获得100%的 转矩。起动电流小而转矩大的优点还可以延伸到低速运行段,因此本系统十分合适那些需要重载起动和较长时间低速重载运行的机械。  
  5.适 用于频繁起停及正反向转换运行。本系统具有的高起动转矩、低起动电流的特点,使之在起动过程中电流冲击小,电动机和控制器发热较连续额定运行时还要小。可控参数多使其制动运行能与电动运行具有同样优良的转矩输出能 力和工作特性。二者综合作用的结果必然使之适用于频繁起停及正反向转换运行,次数可达1000次/小 时。  
  6.可 控参数多,调速性能好。控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种:相导通角、相关断角、相电流幅值、相绕组电压。可控参数多,意味着控制灵活方便。可以根据对电动机的运行要求和电动机的情况,采取不 同控制方法和参数值,即可使之运行于最佳状态(如出力最大、效率最高等),还可使之实现各种不同的功能的特定曲线。如使电动机具有完全相同的四象限运行能力,并具有最高起动转矩和串励电动机的负载能力曲线。由于SRD速 度闭环是必备的,因此系统具有很高的稳速精度,可以很方便的构成无静差调速系统。  
  7.效 率高,损耗小。本系统是一种非常高效的调速系统。这是因为一方面电动机绕组无铜损;另一方面电动机可控参数多,灵活方便,易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。以3kWSRD为 例,其系统效率在很宽范围内都在87%以 上,这是其它一些调速系统不容易达到的。将本系统同PWM变 频器鼠笼型异步电动机的系统进行比较,本系统在不同转速和不同负载下的效率均比变频器系统高,一般要高5~10个 百分点。  
  8.可 通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
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