1、开关磁阻电机课件(ppt)课件的内容一、一、MOTORMOTOR的的种类种类二、二、SRDSRD的特点及的特点及应应用用三三、SRDSRD的的驱动驱动原理原理四四、SRDSRD控制策略控制策略# note# note 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 2. BLDC : Brushless DC 2. BLDC : Brushless DC 3. BLAC : Brushless AC 3. BLAC : Brushless AC 4. SRM :
2、Switched Reluctance Motor 4. SRM : Switched Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor电机交流电机直流电机感应式电机同步电机同步电机通用电机磁极电机磁极电机w单相w三相w 永磁同步电机(BLDC, BLAC)w 开关磁阻电机w 同步磁阻电机旋转式直线式 电机可以根据转矩电机可以根据转矩产生的原理划分产生的原理划分电磁作用原理产电磁作用原理产生转矩的电机生转矩的电机磁阻变化原理产磁阻变化原理产生转矩的电机
3、生转矩的电机运动是定、转子两个磁场相互作用的结果运动是定、转子两个磁场相互作用的结果相互作用产生使两个磁场趋于同向的电磁转矩，这相互作用产生使两个磁场趋于同向的电磁转矩，这类似于两个磁铁的同极性相排斥、异极性相吸引的类似于两个磁铁的同极性相排斥、异极性相吸引的现象现象目前大部分电机都是遵循这一原理，例如一般的直流电目前大部分电机都是遵循这一原理，例如一般的直流电机和交流电机。机和交流电机。运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的当定子绕组通电时，产坐一个单相磁场，其分铀要遵循当定子绕组通电时，产坐一个单相磁场，其分铀要遵循“磁阻磁阻最小原则最小原则”，即磁通
4、总要沿着磁阻最小的路径闭合。因此，当，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。因此，当转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位置。即两轴线重合位子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位置。即两轴线重合位置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。电磁场电磁场到到日前为止，日前为止，在在SRD系统的系统的开发研制方面，开发研制方面，英国一直处于国英国一直处于国际领先地位。除际领先地位。除英国外，美国、英国外，
5、美国、中国、加拿大、中国、加拿大、印度、韩国等国印度、韩国等国家也都开展了家也都开展了SRD系统的研系统的研究工作究工作从此，世从此，世界上大批界上大批学者投入学者投入到到SR电电机的研究机的研究领域领域1980年，年，Lawrenson及及其同事在其同事在ICEM会议上，会议上，发表著名论文发表著名论文“开关磁阻开关磁阻调速电动机调速电动机”，系统地介，系统地介绍了他们的工作成果，阐绍了他们的工作成果，阐述了述了SR电机的原理及设电机的原理及设计特点，在国际上奠定了计特点，在国际上奠定了现代现代SR电机的地位，这电机的地位，这也标志着也标志着SRD正式得到国正式得到国际认证际认证最早文献却最
6、早文献却可追溯到可追溯到1838年，英年，英格兰学者格兰学者Davidson制制造了一台用造了一台用以推动蓄电以推动蓄电池机车的驱池机车的驱动系统动系统70年代左右，英年代左右，英国国Leeds大学步进大学步进电机和磁阻电机研电机和磁阻电机研究小组首创了一台究小组首创了一台现代开关磁阻电机现代开关磁阻电机的雏形的雏形通过通过30多年的研究和改进，多年的研究和改进，SRD的性能不断提高，目的性能不断提高，目前已能在数百瓦到数百千前已能在数百瓦到数百千瓦的功率范围内使其性能瓦的功率范围内使其性能不低于其他形式的电机不低于其他形式的电机 开关磁阻电动机（开关磁阻电动机（Switched Reluct
7、ance Drive ：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。速系统的优点。英、美等经济发达国家对开关磁阻电动英、美等经济发达国家对开关磁阻电动机调速系统
8、的研究起步较早，并已取得显著效果，机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数产品功率等级从数w直到数百直到数百kw，广泛应用于家，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。领域。 下面通过一个下面通过一个开关磁阻电动开关磁阻电动机原理模型来机原理模型来介绍工作原理介绍工作原理电机的定子铁芯有六个齿极，由电机的定子铁芯有六个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制导磁良好的硅钢片冲制。电机的转子铁芯有四个齿极，电机的转子铁芯有四个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制。由导磁良好的硅钢片冲制。 由于定子与转子都有凸起由于定子与转子都有凸起的
9、齿极，这种形式也称为双凸的齿极，这种形式也称为双凸极结构。在定子齿极上绕有线极结构。在定子齿极上绕有线圈（定子绕组），用来向电机圈（定子绕组），用来向电机提供工作磁场。在转子上没有提供工作磁场。在转子上没有线圈，这是磁阻电机的主要特线圈，这是磁阻电机的主要特点。点。 2.62.6.12.6.11.SRD电机转子上没有任何形式的绕组、永磁体、滑环等，定子上只有简单的集中绕组，绕电机转子上没有任何形式的绕组、永磁体、滑环等，定子上只有简单的集中绕组，绕组端部较短，没有相间跨接线，因此组端部较短，没有相间跨接线，因此SR电机的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。电机的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。2.
10、SR电机的材料利用系数高，与直流电机甚至感应电机相比，体积小、坚固、维护量小。电机的材料利用系数高，与直流电机甚至感应电机相比，体积小、坚固、维护量小。3.由于由于SR电机的转矩与电流极性无关，只需要单方向的电流激励，因此在理论上功率变换电机的转矩与电流极性无关，只需要单方向的电流激励，因此在理论上功率变换器电路中每相可以只用一个可控开关元件，而且每个可控开关元件都与电机绕组串联，不器电路中每相可以只用一个可控开关元件，而且每个可控开关元件都与电机绕组串联，不会出现像交流电机会出现像交流电机PWM逆变器那样有电源直通短路的危险，所以功率变换器电路简单，逆变器那样有电源直通短路的危险，所以功率变
11、换器电路简单，可靠性高。可靠性高。4.SR电机转子上无绕组，系统在低速运行时，不仅转矩大，而且转子发热不严重。电机转子上无绕组，系统在低速运行时，不仅转矩大，而且转子发热不严重。5.SRD系统可以通过对电流的导通、断开以及电流幅值等的控制，易于实现系统的软启动，系统可以通过对电流的导通、断开以及电流幅值等的控制，易于实现系统的软启动，四象限运行和宽广的恒功率范围。四象限运行和宽广的恒功率范围。6.SRD系统的容错能力强，在缺相的情况下仍然能可靠运行。系统的容错能力强，在缺相的情况下仍然能可靠运行。7.SR电机原有的转矩脉动大、噪声大的缺点通过技术的进步也已经可以解决。电机原有的转矩脉动大、噪声
12、大的缺点通过技术的进步也已经可以解决。192.82.8.1电动汽车用开关磁阻电机三相SRM五相SRM2.8.3SR电机设计研究：电机设计研究：1、减小转矩脉动及噪声、减小转矩脉动及噪声,电机的振动的研究电机的振动的研究2、相数的研究与选择、相数的研究与选择3、电机铁耗、效率分析、电机铁耗、效率分析SR电机的控制策略研究：电机的控制策略研究： 最优控制，减小转矩脉动、降低噪声最优控制，减小转矩脉动、降低噪声具有较高动态性能、算法简单、可抑制参数变化、扰动及各种不确定性干扰的新型控制策略具有较高动态性能、算法简单、可抑制参数变化、扰动及各种不确定性干扰的新型控制策略智能控制策略智能控制策略SR电机
13、的无位置传感器控制电机的无位置传感器控制SR电机的振动、噪声研究电机的振动、噪声研究SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等变换器方案确定和主开关元器件选择变换器方案确定和主开关元器件选择微处理器和专用集成电路的应用微处理器和专用集成电路的应用 在讲电动机工作原理时常用通电导线在讲电动机工作原理时常用通电导线在磁场中受力来解释电动机旋转的道理，在磁场中受力来解释电动机旋转的道理，磁阻电机转子上没有绕组，那是靠什么力磁阻电机转子上没有绕组，那是靠什么力推动转子转动呢？推动转子转动呢？ 磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也
14、就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转。用磁引力拉动转子旋转。 下面通过图示来说明转子的工作原理，下面通过图示来说明转子的工作原理，下面是磁阻电动机的正视图，定子六个齿下面是磁阻电动机的正视图，定子六个齿极上绕有线圈，径向相对的两个线圈是连极上绕有线圈，径向相对的两个线圈是连接在一起的，组成一接在一起的，组成一“相相”，该电机有，该电机有3相，相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相结合定子与转子的极数就称该电机为三相6 / 4结构。在下图标注的结构。在下图标注的A、B、C相线圈仅相线圈仅为后面分析磁路带来方便，并不是连接三为后面分析磁路带
15、来方便，并不是连接三相交流电。相交流电。 在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图，在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图，从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来的，从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来的，图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电流通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线；流通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线；把转子启动前的转角定为把转子启动前的转角定为0度。度。从左面图起，从左面图起，A相线圈接通电源产生磁通，磁力相线圈接通电源产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看线从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看成
16、极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时针转动；中间图是转子转了针转动；中间图是转子转了10度的图，右面图是度的图，右面图是转到转到20度的图，磁力一直牵引转子转到度的图，磁力一直牵引转子转到30度为止，度为止，到了到了30度转子不再转动，此时磁路最短。度转子不再转动，此时磁路最短。 为了使转子继续转动，在转子转到为了使转子继续转动，在转子转到30度前已切断度前已切断A相电源在相电源在30度接通度接通B相电相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，见下左图，于是转子继续转动。铁芯，见下左图，于是转子继续转动。中间图是转子
17、转到中间图是转子转到40度的图，右面图度的图，右面图是转到是转到50度的图，磁力一直牵引转子度的图，磁力一直牵引转子转到转到60度为止。度为止。在转子转到在转子转到60度前切断度前切断B相电源在相电源在60度时接通度时接通C相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，见下左图。转子继续转动，中间图是转芯，见下左图。转子继续转动，中间图是转子转到子转到70度的图，右面图是转到度的图，右面图是转到80度的图，磁度的图，磁力一直牵引转子转到力一直牵引转子转到90度为止。度为止。当转子转到当转子转到90度前切断度前切断C相电源，转子在相电源，转子在90度的状态与前面
18、度的状态与前面0度开始时一样，重复前面度开始时一样，重复前面过程，接通过程，接通A相电源，转子继续转动，这样相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。不停的重复下去，转子就会不停的旋转。这就是磁阻电动机的工作原理。这就是磁阻电动机的工作原理。由于是运用了利用磁阻最小原理，故称为由于是运用了利用磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。动机。向线圈供电的开关是用开关晶体管进行的，下面就是三相线圈向线圈供电的开关是用开关晶体管进行的，下面就是三相线圈与
19、开关晶体管的连接示意图，与开关晶体管的连接示意图，BG1、BG2、BG3是三个开关晶是三个开关晶体管，分别控制三相线圈体管，分别控制三相线圈A、B、C的电流通断，三极管旁边并的电流通断，三极管旁边并联的二极管是用来续流的。联的二极管是用来续流的。由于电机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟电流方向无关，故在上面运行图中没由于电机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟电流方向无关，故在上面运行图中没有标明磁力线的方向。有标明磁力线的方向。A、B、C各相线圈轮流通电似乎简单，实际情况要复杂些，线圈切断电源后产生各相线圈轮流通电似乎简单，实际情况要复杂些，线圈切断电源后产生的自感电流不会立即消失，要提前关断电
20、源进行续流；为加大力矩相邻相线圈有电的自感电流不会立即消失，要提前关断电源进行续流；为加大力矩相邻相线圈有电流的时间会有部分重合；调节电动机的转速、转矩也要调整开关时间，各相线圈开流的时间会有部分重合；调节电动机的转速、转矩也要调整开关时间，各相线圈开通与关断时间与转子定子间的相对位置直接相关，故电机还装有转子位置检测装置通与关断时间与转子定子间的相对位置直接相关，故电机还装有转子位置检测装置为准时开关各相线圈电流提供依据，何相线圈何时通断必须根据转子转到的位置与为准时开关各相线圈电流提供依据，何相线圈何时通断必须根据转子转到的位置与控制参数决定。控制参数决定。3.1.3开关磁阻电机的非线性特
21、性 以上分析都是在线性条件下进行的。实际电机磁路为非线性。磁场分布 位位 置置 检检 测测 功功 率率 变变 换换 器器 SR电电 动动 机机 电电 流流 检检 测测 控控 制制 信信 号号 控控 制制 器器 电电 源源 负负 载载 功率变换器是直流电源和SRM的接口，起着将电能分配到SRM绕组中的作用，同时接受控制器的控制。 由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要单极性供电的功率变换器。功率变换器应能迅速从电源接受电能，又能迅速向电源回馈能量。（1）较少数量的主开关元件；）较少数量的主开关元件；（2）可将全部电源电压加给电动机相绕组；）可将全部电源电压加给电动机相绕组；（3）主开关器
22、件的电压额定值与电动机接近；）主开关器件的电压额定值与电动机接近；（4）具备迅速增加相绕组电流的能力；）具备迅速增加相绕组电流的能力；（5）可通过主开关器件调制，有效地控制相电流；）可通过主开关器件调制，有效地控制相电流；（6）能将能量回馈给电源。）能将能量回馈给电源。1、双开关型、双开关型每相有两只主开关和两只每相有两只主开关和两只续流二极管。当两只主开续流二极管。当两只主开关关VTVT1 1和和VTVT2 2同时导通时，同时导通时，电源电源U US S 向向相绕组供相绕组供电电 ；当；当VTVT1 1和和VTVT2 2同时关断同时关断时，将电机的磁场储能以时，将电机的磁场储能以电能形式迅速
23、回馈电源，电能形式迅速回馈电源，实现强迫换相。实现强迫换相。 + US - - VD1 VD2 VT1 VT2 双开关型电路特点：双开关型电路特点：1）适用于任意相数）适用于任意相数SR电机电机2 2）相控独立性：独立）相控独立性：独立3 3）相电压）相电压= =电源电压电源电压4 4）器件数量多）器件数量多 + US - - VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C 双绕组型电路特点双绕组型电路特点主开关主开关S1S1导通时，导通时，电源对主绕组电源对主绕组A A供供电；当其关断时，电；当其关断时，靠磁耦合将主绕靠磁耦合将主绕
24、组组A A的电流转移到的电流转移到副绕组，通过二副绕组，通过二极管极管D1D1续流，向续流，向电源回馈电能，电源回馈电能，实现强迫换相。实现强迫换相。早期使用的双绕组结构，每相有主、副两个绕组，主、副绕组双线并绕，同名端反接，其匝数比为1：1。 双绕组型缺点：双绕组型缺点：1 1）由于主、副绕组之）由于主、副绕组之间不可能完全耦合，间不可能完全耦合，在在S1S1关断的瞬间，因关断的瞬间，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上会形成较高的尖峰上会形成较高的尖峰电压，故电压，故S1S1需要有良需要有良好的吸收回路。好的吸收回路。2 2）由于采用主、副两）由于采用主、副两个绕组，因而电机槽个绕组，
25、因而电机槽及铜线利用率低。铜及铜线利用率低。铜耗增加、体积增大。耗增加、体积增大。优点：优点：适用于任何相数的适用于任何相数的SRMSRM，尤其适宜于低压直流电源供尤其适宜于低压直流电源供电场合电场合两个相串联的电容两个相串联的电容C1和和C2将电源电压一分为二将电源电压一分为二, ,构成中构成中点电位。每相只有一个主开关点电位。每相只有一个主开关S和一只续流二极管和一只续流二极管D。 当当S1导通时，上导通时，上侧电容侧电容C1对对A相相绕组放电，电源绕组放电，电源对对A相供电，经相供电，经下侧电容下侧电容C2构成构成回路；当回路；当S1关断关断时，时，A相电流经相电流经D1续流，向下侧续流
26、，向下侧电容电容C2充电。充电。 1）只适用于偶数相）只适用于偶数相SR电机电机2）主开关数较少）主开关数较少3）相控独立性：不独）相控独立性：不独立立4）电源利用率低，每）电源利用率低，每相电压为电源电压的相电压为电源电压的1/2。5）需限制中点电位漂）需限制中点电位漂移移该变换器比四相电容分压型功率变换器主电路少了两个串联的分压电容，换相相的磁能以电能形式一部分回馈电源，另一部分注入导通相绕组，引起中点电位的较大浮动。它要求每一它要求每一瞬间必须上、下各瞬间必须上、下各有一相导通。有一相导通。1）只适用于）只适用于4的倍数相的倍数相SR电机电机2）主开关数较少）主开关数较少3）相控独立性：
27、不独立）相控独立性：不独立4）相绕组电压浮动）相绕组电压浮动可以实现零压续流，提高可以实现零压续流，提高系统的控制性能。系统的控制性能。H桥型电路为桥型电路为4相相SR电机最常电机最常用的主电路形式用的主电路形式)22kNNkmNsrs1 1、为了避免单边磁拉力，径向必须对、为了避免单边磁拉力，径向必须对称，所以双凸极的定子和转子齿槽数称，所以双凸极的定子和转子齿槽数应为偶数。应为偶数。2 2、定子和转子齿槽数不相等，但应尽、定子和转子齿槽数不相等，但应尽量接近。因为当定子和转子齿槽数相量接近。因为当定子和转子齿槽数相近时，就可能加大定子相绕组电感随近时，就可能加大定子相绕组电感随转角的平均变
28、化率，这是提高电机出转角的平均变化率，这是提高电机出力的重要因素。力的重要因素。 相数相数 3 4 5 6 7 8 9定子极数定子极数 6 8 10 12 14 16 18转子极数转子极数 4 6 8 10 12 14 16步进角步进角(度度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 相数越大，转矩脉动越小，但成相数越大，转矩脉动越小，但成本越高，故常用三相、四相，还本越高，故常用三相、四相，还有人在研究两相、单相有人在研究两相、单相SRM低于三相的低于三相的SRM 没有自起动能力没有自起动能力（4） 5-phase 10 stator pole/8 rotor pole PM PM
29、不计磁滞、涡流及绕组间互感时，不计磁滞、涡流及绕组间互感时，m相相SR电机系统示意图电机系统示意图 J转子与负载的转动惯量转子与负载的转动惯量 TL负载转矩负载转矩 Te K J TL R1 d 1/dtt1 u1 + - . . . Rm d m/dt um + - 耦耦合合磁磁场场 i1 im 第第k相绕组的相电压平衡方程相绕组的相电压平衡方程:所以：所以：电阻压降电阻压降dtdLidtdiiLiLiRdtddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkkddidLuLidtdtdt22212222112211112222rdidLddLPuiiLiLiidtdtdtdtddL dddLL
30、iiLiidtddtdtdddLiTe221refTdtdW为电磁转矩Wf为磁场储能，r为转子机械角速度如果忽略绕组电阻如果忽略绕组电阻R，则上面的方程可写为：，则上面的方程可写为：ddLiTe221转矩转矩 A. 低速时的电流斩波控制（Current chopping control- CCC)在电感很小时使绕组开通，电流快速上升。为防止电流过大而损坏电机，当电流达到最大值Imax时，使绕组关断，电流开始衰减，当电流衰减咸至Imin时，绕组重新开通。在最大电感出现之前必须将绕组关断，以免电流延续到负转矩区。B. 高速时的角度位置控制（Angular position control-APC)
31、高速时，由于反电势大，电流受到限制，上升较慢。当到达最大值后，因电感的增加，电流返而下降。同样，为避免电流延续到负转矩区，绕组要在电感到达最大值之前关断。速度越高，要关断的越早。 C.电压斩波控制(Voltage Control，简称VC) 在导通区间内，使功率开关按PWM方式工作。其脉冲周期T固定，占空比T可凋。在Tt内，绕组加正电压，T内加零电压或反电压。改变占空比，则绕组电压的平均值U变化，绕组电流也相应变化，从而实现转速和转矩的调节，这就是电压斩波控制 选择和应用选择和应用1、高速角度控制，低速电流斩波控制 低速电流斩波控制电流脉冲窄而尖，转矩脉动和电流峰值大：若采用电流斩波控，则在a
32、off 后，续流过程较长，影响出力和效率。解决方法是在低速电流斩波控制时结合角度控制。当转速提高时，使 off适当提前。2、变角度电压斩波控制 电压斩波调节电动机的转速和转矩，并使on和off随转速改变。电动机电动工作，希望尽量将电流波形置于电感上升段。由于电流的建立过程和续流消失的过程需要一定的时间，因而电流波形总比通电区域onoff有所滞后。转速越高，通电区间对应的时间越短，电流波形滞后越多，因此要求通电区间提前的角度就越多。 此控制方式转速转矩调节范围大，高低速均有较好的电动机性能，亦不存在两种控制方式的转换问题。缺点是控制方式的实现较复杂，对功率开关的工作频率要求较高，否则斩波噪声较大
33、。不计磁路饱和，假定绕组电感与电流无关，不计磁路饱和，假定绕组电感与电流无关，此时电感只与转子位置有关此时电感只与转子位置有关 1 0 2 3 0 4 5 SR电机相电感随转子位置变化电机相电感随转子位置变化 = 1位置位置转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置statorrotor 1stator =0o位置位置rotor定子磁极轴线与转子凹槽中心重合定子磁极轴线与转子凹槽中心重合 =0ostator = 2位置位置rotor转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 2stator = 3位置位置转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置转子
34、磁极前沿与定子磁极前沿重合位置rotor 3stator = 4位置位置rotor转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 4stator = 5位置位置rotor转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 5 1 0 2 3 0 4 5 =0 定子磁极轴线与转子凹槽中心重合定子磁极轴线与转子凹槽中心重合 1( 5) 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 2 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 3 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置 4 转子
35、凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置544max43max32min221min)()()(KLLLKLLK=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/sLmin为定子磁极轴线对转子凹槽中心时的电感为定子磁极轴线对转子凹槽中心时的电感, Lmax定子磁极轴线对转子磁极轴线的电感定子磁极轴线对转子磁极轴线的电感 。zonzoffsoffonsUU,0uk12min2min23min234max45max4()()(2)()()(2)(2)()sonsonoffsoffonoffsoffonsoffonULULKUiLKULULK on 2 :电感上
36、升，使绕组电感上升，使绕组电流下降电流下降 off 3 : 在电感达最大之前，绕组在电感达最大之前，绕组关断，绕组续流。关断，绕组续流。 3 z 4 (zz=2=2offoff- -onon) ) 在电感下降之前，续流结在电感下降之前，续流结束。否则会产生反向转矩束。否则会产生反向转矩结构一定，在结构一定，在onon和和offoff不变时，不变时，绕组电流随外加电压的增大而增大，随转速绕组电流随外加电压的增大而增大，随转速的升高而减小；通过调整开关角和关断角也的升高而减小；通过调整开关角和关断角也可以影响绕组电流，从而就间接地使电动机可以影响绕组电流，从而就间接地使电动机的电磁转矩增大。的电磁
37、转矩增大。 ：外加电源电压外加电源电压UsUs、角、角速度速度r r、开通角、开通角onon、关断角、关断角offoff、最大电、最大电感感Lmaxmax、最小电感、最小电感Lminmin、定子极弧、定子极弧s s等。等。 线性模型忽略了许多因素，计算结果误差很大，只线性模型忽略了许多因素，计算结果误差很大，只能定性地说明影响电流、转矩的因素。能定性地说明影响电流、转矩的因素。 恒恒 转转 矩矩 区区 恒恒 功功 率率 区区 串串 励励 特特 性性 区区 C C C 方方 式式 A P C 方方 式式 1 2 c固固 定定 o T SR电机的基速电机的基速 SR电机的固有机械特性类似与直流电机
38、的串励特性。 对给定SR电机，在最高电压Us和最大允许电流条件下，存在一个临界角速度。即SR电机得到最大转矩的最高角速度，称为。22eLddTJKTd td t4SR电机控制策略：电机控制策略：可控量为：可控量为：Us、 on 、 off控制法控制法1：固定：固定 on , off，通过电流斩波限，通过电流斩波限制电流，得到恒转矩制电流，得到恒转矩控制法控制法2：固定：固定 on , off，由速度设定值和，由速度设定值和实际值之差调制实际值之差调制Us，进而改变转矩，进而改变转矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，输出恒功率，输出恒功率 O i Im in Im a x
39、 O i Im a x 4SR电机控制策略：电机控制策略：0 0 Amin Cmaxn 2 1 电电流流斩斩波波可可控控区区 起起动动斩斩波波 定定角角度度斩斩波波 变变角角度度斩斩波波 APC控控制制 可可变变角角度度运运行行区区 4SR电机控制策略：电机控制策略： A B C D D A B C D D Te 3 0 O 导导通通相相控控制制 6 0 Ts t m i n D A C A B B C C D D A Te 3 0 O 导导 通通 相相 控控 制制 6 0 B D on off 导导 通通 区区 正正 转转 on off 导导 通通 区区 反反 转转 O L O Te Te
40、L,Te转转 L,Te转转 L 4SR电机控制策略：电机控制策略： L i L, , i O Te - -Te r/2 on r off 4SR电机控制策略：电机控制策略：设：定子绕组为设：定子绕组为m相，定子齿数相，定子齿数 Ns=2m，转子转子齿数为齿数为Nr。 当定子绕组轮流通电一次时，转子转过一当定子绕组轮流通电一次时，转子转过一个转子齿距。这样定子需轮流通电个转子齿距。这样定子需轮流通电 Nr次转子次转子才转过一周，故电机转速才转过一周，故电机转速 n(r/min)与相绕组与相绕组电压的开关频率电压的开关频率 fph之间的关系为之间的关系为 给定子相绕组供电的功率变换器输出电给定子相
41、绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率流脉动频率 则为则为 （脉动越大越好？）（脉动越大越好？） 60phrfnN60rphN nf60nmNfrD4SR电机控制策略：电机控制策略：60nNfrp4SR速度检测速度检测 cNTpmn160fmT2 定定 时时 器器 计计 数数 器器 总总 线线 位位 置置 脉脉 冲冲 信信 号号 记记 数数 器器 接接 口口 总总 线线 时时 钟钟 脉脉 冲冲 位位 置置 脉脉 冲冲 信信 号号 4SR速度检测速度检测 键盘电路键盘电路 显示电路显示电路 故障检测电路故障检测电路 位置、速度信位置、速度信号检测电路号检测电路 EPROM 和和 E2PROM 电路
42、电路 晶振和复位晶振和复位 电路电路 电流斩波与过电流斩波与过流保护电路流保护电路 电流检测电路电流检测电路 过电流保护过电流保护 电路电路 相控信号相控信号 输出电路输出电路 逻逻辑辑综综合合电电路路 CPU (TMS32F28335) 功功率率变变换换器器隔隔离离驱驱动动电电路路 HSI HSO PWM P0 ACH4 DSP 具具有有PWM发生单元，可产生发生单元，可产生16路路PWM 信号信号; ; 初初始始化化 _DSP 设设置置 _事事件件管管理理器器初初始始化化 _SRM 控控制制参参数数初初始始化化 _使使能能中中断断 _开开始始后后台台程程序序运运行行 开开始始 执执行行程程序序 后后台台程程序序 _ 速速度度估估计计 _ 可可视视化化反反馈馈 定定时时器器中中断断 _ 电电流流控控制制 _ 位位置置估估计计 _ 角角度度估估计计 _ 换换相相控控制制 _ 速速度度控控制制 捕捕获获中中断断 _ 保保存存捕捕获获的的数数据据 _ 转转子子位位置置测测量量值值更更新新 _ 速速度度测测量量值值更更新新 _ 角角度度测测量量值值更更新新 问题环节1、接受提问。2、A）电机的转速与频率的关系。 B）电磁转矩与哪几个因素有关。3、如何降低电机转矩脉动,降低噪声;4、电流脉动与转矩的关系。5、几种控制方式。
