开关磁阻电机word.doc

开关磁阻电机的结构开关磁阻电机是典型的机电一体化装置，由开关磁阻电机本体、位置传感器、控制和功率电路等部分组成，如图1所示。位置传感器检测转子位置和速度信号，控制器根据这些信号决定绕组的导通和关断时刻，功率电路根据导通和关断信号为电机绕组供电。图1开关磁阻电机系统的组成如图2所示为开关磁阻电机本体的典型结构，由定子和转子两部分组成，定、转子铁心均由硅钢片叠压而成。转子上既无绕组也无永磁铁；定子齿上绕有几种绕组，相对极上的绕组串联，构成一相绕组。开关磁阻电机可以设计为单相、二相、三相、四相及多相等不同相数，低于三相的开关磁阻电机一般没有自启动能力。相数多，有利于较小转矩波动，但结构复杂，主开关器件多，成本增加。目前应用较多的是三相6/4极结构和四相8/6极结构。图2开关磁阻电机本体的经典结构表1常见的定、转子级数组合项目数值相数m3456定子级数Ns681012转子级数Nr46810二、开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的运行遵循“磁阻最小原理”，即磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，磁场扭曲产生切向力，从而产生电磁转矩。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“相”，该电机有3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A、B、C相线圈仅为后面分析磁路带来方便，并不是连接三相交流电。假设电机定、转子的初始状态如图3。B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，磁力线可看成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始异时针转动；图4是转子转了10度的图，图5是B相对齐后的状态，磁力一直牵引转子与B相对齐为止不再转动，此时磁路最短。图3初始状态图4转过10°后图5B转至相对齐为了使转子继续转动，在转子转到与B相对齐后已切断B相电源，接通C相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，于是转子继续转动。依次类推。这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。这就是磁阻电动机的工作原理。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、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。若按顺序B-C-A-B依次给各组绕组通电，则转子沿逆时针方向连续旋转；反之，若按顺序C-A-B-C依次给各相绕组通电，则转子沿顺时针方向连续旋转。另外，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开关晶体管的连接示意图，BG1、BG2、BG3是三个开关晶体管，分别控制三相线圈A、B、C的电流通断，三极管旁边并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有标明磁力线的方向。）如图6所示：图6三相线圈与开关晶体管的连接图在多相电机中，也常出现两相或两相以上绕组同时导通的情况。m相定子绕组轮流通电一次，转子转过一个转子级距，设每相绕组开关频率为，转子级数为则开关磁阻电机的转速n(r/min)可表示为我们可以知道该电机转子极距角为90°。由于有三相绕组，故每相断电通电一次转子对应的转角（称为步距角）应为，每转步数为12。.对任意极数相数的开关磁阻电机，这一关系通常表示为：（是转子极数，m为相数）由于SR电机每转过转角，对应绕组通电切换一次，所以电机每转过一转，绕组通断切换次，当电机以转速n(r/min)，转动时，电机绕组的总通断切换频率为：每相绕组通断切换频率为：也是对应功率电路每个功率器件的开关频率。A、B、C各相线圈轮流通电看上去简单，实际情况要复杂得多，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控制参数决定。三、开关磁阻电机的特点(1）结构简单可靠，制造工艺简单，转子仅由硅钢片叠压而成，可工作于告诉场合；定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；损耗主要由定子产生，易于冷却；转子无永磁体，可允许较高温升。(2）转矩方向与相电流方向无关，从而可减少功率电路的开关器件数量，降低系统成本；功率电路不会出现直通障碍，可靠性高。(3）起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。(4）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩——转速特征，能4象限运行，具有较强的再生制动能力。(5）在宽广的转速和功率范围内都具有较高效率。(6）由于采用双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是其最主要的缺点。四、开关磁阻电机的应用近年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显