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開關(guān)磁阻電機
閱讀�26807時間�2011-05-30 14:47:15

  開關(guān)磁阻電機(SwitchedReluctanceDrive:SRD)的�(diào)速系�(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系�(tǒng)的優(yōu)�,是�變頻�(diào)速系�(tǒng)、無�直流電動��(diào)速系�(tǒng)之后�(fā)展起來的一代無級調(diào)速系�(tǒng),是集現(xiàn)代微電子技�(shù)、數(shù)字技�(shù)、電力電子技�(shù)、紅外光電技�(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計和制作技�(shù)為一體的�、機、電一體化高新技�(shù)�

  英、美等經(jīng)濟發(fā)達國家對開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系�(tǒng)的研究起步較�,并已取得顯著效果,�(chǎn)品功率等級從�(shù)w直到�(shù)百kw,廣泛應(yīng)用于家用電器、航空、航�、電子、機械及電動車輛等領(lǐng)��

 

�(fā)展概�

  開關(guān)磁阻電機�80年代初隨著電力電�、微電腦和控制技�(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動系�(tǒng),具有結(jié)�(gòu)簡單、運行可靠及效率高等突出特點,成為交流電機調(diào)速系�(tǒng)、直流電機調(diào)速系�(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系�(tǒng)的強有力的競爭者,引起各國學者和企業(yè)界的廣泛�(guān)�??鐕姍C公司Emerson電氣公司還將開關(guān)磁阻電機視為其下世紀�(diào)速驅(qū)動系�(tǒng)的新的技�(shù)、經(jīng)濟增長點。目前開�(guān)磁阻電機已廣泛或開始�(yīng)用于工業(yè)、航空業(yè)和家用電器等各個領(lǐng)域�

  1970�,英國Leeds大學步進電機研究小組首�(chuàng)一個開�(guān)磁阻電機(Switched Reluctance Motor, SRM)雛形,這是�(guān)于開�(guān)磁阻電機最早的研究�1972�,進一步對帶半�(dǎo)體開�(guān)的小功率電動機(10w�1kw)進行了研究。到�1975年有了實�(zhì)性的進展,并一直發(fā)展到可以�50kw的電瓶汽車提供裝��1980年在英國成立了開�(guān)磁阻電機�(qū)動裝置有限公司(SRD Ltd.�,專門進行SRD系統(tǒng)的研究、開�(fā)和設(shè)��1983年英國(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列�(chǎn)�,該�(chǎn)品命名為OULTON�1984年TASC�(qū)動系�(tǒng)公司也推出了他們的�(chǎn)�。另外SRD Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動系�(tǒng),到1986年已運行500km。該�(chǎn)品的出現(xiàn),在電氣傳動界引起不小的反響。在很多性能指標上達到了出人意料的高水平,整個系�(tǒng)的綜合性能價格指標達到或超過了工業(yè)中長期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動系�(tǒng)�

  從上世紀90年代國際會議的上有關(guān)SRD系統(tǒng)的文章來�,對SRD系統(tǒng)的研究工作已�(jīng)從論證它的優(yōu)點、開�(fā)�(yīng)用階段進入到設(shè)計理�、優(yōu)化設(shè)計研究階�。對SR電機、控制器、功率變換器等的運行理論、優(yōu)化設(shè)�、結(jié)�(gòu)形式等方面進行了更加深入的研究�

�(yōu)�

  1、電動機�(jié)�(gòu)簡單、成本低、可用于高速運�(zhuǎn)。SRD的結(jié)�(gòu)比鼠籠式感應(yīng)電動機還要簡�。其突出的優(yōu)點是�(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞�,因此不會有鼠籠感應(yīng)電機制造過程中鑄造不良和使用過程中的斷條等問題。其�(zhuǎn)子機械強度極�,可以用于超高速運�(zhuǎn)(如每分鐘上萬轉(zhuǎn))。在定子方面,它只有幾個集中繞組,因此制造簡�、絕緣結(jié)�(gòu)簡單�

  2、功率電路簡單可�。因為電動機�(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān),即只需單方相繞組電�,故功率電路可以做到每相一個功率開�(guān)。對比異步電動機繞組需流過雙向電流,向其供電的PWM變頻器功率電路每相需兩個功率器�。因�,開�(guān)磁阻電動機調(diào)速系�(tǒng)較PWM變頻器功率電路中所需的功率元件少,電路結(jié)�(gòu)簡單。另�,PWM變頻器功率電路中每橋臂兩個功率開�(guān)管直接跨在直流電源側(cè),易�(fā)生直通短路燒毀功率器件。而開�(guān)磁阻電動機調(diào)速系�(tǒng)中每個功率開�(guān)器件均直接與電動機繞組相串聯(lián),根本上避免了直通短路現(xiàn)象。因此開�(guān)磁阻�(diào)速電動機�(diào)速系�(tǒng)中功率電路的保護電路可以簡化,即降低了成�,又有較高的工作可靠性�

  3、系�(tǒng)可靠性高。從電動機的電磁�(jié)�(gòu)上看,各項繞組和磁路相互獨立,各自在一定軸角范圍內(nèi)�(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)�。而不像在一般電動機中必須在各相繞組和磁路共同作用下�(chǎn)生一個旋�(zhuǎn)磁場,電動機才能正常運轉(zhuǎn)。從控制�(jié)�(gòu)上看,各相電路各自給一相繞組供�,一般也是相互獨立工作。由此可�,當電動機一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時,只需停止該相工作,電動機除總輸出功率能力有所減小�,并無其他妨��

  4、起動轉(zhuǎn)矩大,起動電流低??刂破鲝碾娫�?cè)吸收較少的電�,在電機�(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是本系�(tǒng)的一大特�。典型產(chǎn)品的�(shù)�(jù)是:起動電流為額定電流的15%�,獲得起動轉(zhuǎn)矩為100%的額定轉(zhuǎn)�;起動電流為額定電流�30%�,起動轉(zhuǎn)矩可達其額定�(zhuǎn)矩的250%。而其他調(diào)速系�(tǒng)的起動特性與之相比,如直流電機為100%的電�,鼠籠感�(yīng)電動機為300%的電�,獲�100%的轉(zhuǎn)�。起動電流小而轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點還可以延伸到低速運行段,因此本系統(tǒng)十分合適那些需要重載起動和較長時間低速重載運行的機械�

  5、適用于頻繁起停及正反向�(zhuǎn)換運行。本系統(tǒng)具有的高起動�(zhuǎn)�、低起動電流的特點,使之在起動過程中電流沖擊�,電動機和控制器�(fā)熱較連續(xù)額定運行時還要小??煽貐?shù)多使其制動運行能與電動運行具有同樣優(yōu)良的�(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。二者綜合作用的�(jié)果必然使之適用于頻繁起停及正反向�(zhuǎn)換運�,次�(shù)可達1000�/小時�

  6、可控參�(shù)多,�(diào)速性能�。控制開�(guān)磁阻電動機的主要運行參數(shù)和常用方法至少有四種:相�(dǎo)通角、相�(guān)斷角、相電流幅�、相繞組電壓??煽貐?shù)�,意味著控制靈活方便。可以根�(jù)對電動機的運行要求和電動機的情況,采取不同控制方法和參數(shù)�,即可使之運行于狀�(tài)(如出力、效率等�,還可使之實�(xiàn)各種不同的功能的特定曲線。如使電動機具有完全相同的四象限運行能力,并具有起動�(zhuǎn)矩和串勵電動機的負載能力曲線。由于SRD速度閉環(huán)是必備的,因此系�(tǒng)具有很高的穩(wěn)速精�,可以很方便的構(gòu)成無靜差�(diào)速系�(tǒng)�

  7、效率高,損耗小。本系統(tǒng)是一種非常高效的�(diào)速系�(tǒng)。這是因為一方面電動機繞組無銅損;另一方面電動機可控參�(shù)�,靈活方�,易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同負載下實�(xiàn)高效�(yōu)化控�。以3kWSRD為例,其系統(tǒng)效率在很寬范圍內(nèi)都在87%以上,這是其它一些調(diào)速系�(tǒng)不容易達到的。將本系�(tǒng)同PWM變頻器鼠籠型異步電動機的系統(tǒng)進行比較,本系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速和不同負載下的效率均比變頻器系�(tǒng)高,一般要�5�10個百分點�

  8、可通過機和電的�(tǒng)一�(xié)�(diào)�(shè)計滿足各種特殊使用要��

�(yīng)�

  近年�,開�(guān)磁阻電機的應(yīng)用和�(fā)展取得了明顯的進步,已成功地應(yīng)用于電動車驅(qū)�、通用工業(yè)、家用電器和紡織機械等各個領(lǐng)域,功率范圍�10W�5MW,速度高達100000 r/min�

  1、電動車�(yīng)�

  開關(guān)磁阻電機最初的�(yīng)用領(lǐng)域就是電動車。目前電動摩托車和電動自行車的驅(qū)動電機主要有永磁無刷及永磁有刷兩�,然而采用開�(guān)磁阻電機�(qū)動有其獨特的�(yōu)勀當高能量密度和系統(tǒng)效率為關(guān)鍵指標時,開�(guān)磁阻電機�?yōu)閷ο蟆?/FONT>

  2� 紡織工業(yè)�(yīng)�

  近十多年來我國紡織機械行�(yè)的機電一體化水平有了較明顯的提高,在新型紡織機械上普遍采用了機電一體化技�(shù)。這項技�(shù)的內(nèi)容包含了先進的信息處理和控制技�(shù),即以計算機為核�,有PLC、工控機、單片機、人機界�、現(xiàn)場總線等組成的控制系�(tǒng);先進的�(qū)動技�(shù),有變頻�(diào)速,交流伺服,步進電機等;檢測傳感技�(shù)和執(zhí)行機�(gòu);精密機械技�(shù)�。棉紡織�(shè)備較有代表性的機電一體化�(chǎn)�,例如新型的粗紗機、分條整�(jīng)�、漿紗機等。其�,無梭織機的主傳動技�(shù)也有了新的突破:采用開關(guān)磁阻電機作為無梭織機的主傳動帶來許多好處,減少傳動齒�、不用皮帶和皮帶�,不用電磁離合器和剎車盤,不用尋緯電�,節(jié)�10%等優(yōu)�,國�(nèi)已有開關(guān)磁阻電機和驅(qū)動器的產(chǎn)品(北京中紡機電研究所),目前還在與無梭織機主機廠合作,共同開�(fā)�(yīng)用技�(shù),希望能盡快取得成功,�

  3� 焦炭工業(yè)�(yīng)�

  開關(guān)磁阻電機(SRD)因其起動力矩大� 起動電流�,可以頻繁重載起動,無需其它的電源變壓器,節(jié)能,維護簡單,特別適用于礦井輸送機、電牽引采煤機及中小型絞車等�90年代英國已研制成�300kW的開�(guān)磁阻電機,用于刮板輸送機,效果很�。我國已研制成功110kW的開�(guān)磁阻電機用于矸石山絞� �132kW的開�(guān)磁阻電機用于帶式輸送機拖動,良好的起動和調(diào)速性能受到工人們的歡迎� 我國還將開關(guān)磁阻電機用于電牽引采煤機牽引,運行試驗表明新型采煤機性能良好。此外還成功地將開關(guān)磁阻電機用于電機車,提高了電機車運行的可靠性和效率�

  4� 家電行業(yè)�(yīng)�

  隨著人們生活水平的提高,洗衣機已逐漸深入千家萬戶,洗衣機也經(jīng)歷了手動機械洗衣�、半自動洗衣�、全自動洗衣機的�(fā)展過�,并不斷智能�。洗衣機電機也由簡單的有級調(diào)速電機發(fā)展為無級�(diào)速電機�

�(fā)展趨勢的展望

  作為一種新型調(diào)速驅(qū)動系�(tǒng),開�(guān)磁阻電機以其�(jié)�(gòu)簡單、低成本、高效率、優(yōu)良的�(diào)速性能和靈活的可控�,愈來愈得到人們的認可和應(yīng)�。目前已成功�(yīng)用于在電動車用驅(qū)動系�(tǒng)、家用電�、工�(yè)�(yīng)用、伺服系�(tǒng)、高速驅(qū)�、航空航天等眾多�(lǐng)域中,成為交流電機調(diào)速系�(tǒng)、直流電機調(diào)速系�(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系�(tǒng)的強有力競爭��

  美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家都開展了SRD系統(tǒng)的研制工�。在國外的應(yīng)用中,SRD一般用于牽引中,例如電瓶車和電動汽�。同時高速性能是SRD的一個特長的方向。據(jù)報道,美國為空間技�(shù)研制了一�25000r/min�90kW的高速SRD樣機。SRD系統(tǒng)的研究已被列入我國中、小型電機“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項��

  華中科技大學開關(guān)磁阻電機課題組在“九五”項目中研制出使用SRD的純電動轎車,在“十五”項目中將SRD�(yīng)用到混合動力城市公交�,均取得了較好的運行效果。紡織機械研究所將SRD�(yīng)用于毛巾印花�、卷布機,煤礦牽引及電動車輛等,取得了顯著的�(jīng)濟效��

  近年來功率電子技�(shù),�(shù)字信號處理技�(shù)和控制技�(shù)的快速發(fā)�,而且隨著智能技�(shù)的不斷成熟及高速高效低價格的數(shù)字信號處理芯片(DSP)的出現(xiàn),利用高性能DSP開發(fā)各種�(fù)雜算法的間接位置檢測技�(shù),無需附加外部硬件電路,大大提高了開關(guān)磁阻電機檢測的可靠性和適用�,必將更大限度地顯示SRD的優(yōu)越��

  90年代進一步以計算機控制的柔性制造系�(tǒng)、主體倉庫、機器人進行裝配等組合起�,由計算機控制材�、部件的供應(yīng)管理、達到全廠高效率、高�(zhì)量的全自動化均衡生產(chǎn),設(shè)計和制造水平不斷提�,專用控制芯片和集成功率器件不斷被開�(fā)出來,開�(guān)磁阻電機性能和適用性不斷增強。隨著國民經(jīng)濟建�(shè)的日益發(fā)�,各行各�(yè)的機械化、自動化程度越來越高,為開關(guān)磁阻電機提供了巨大的潛在市場�