本科論文_開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11前言1.1開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的概況磁阻式電動(dòng)機(jī)誕生于160年前，但在此后漫長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，它一直被認(rèn)為是一種性能不高的電動(dòng)機(jī)，故只應(yīng)用于少數(shù)小功率場(chǎng)所。通過(guò)最近約20年問(wèn)的研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)工作，使磁阻式電動(dòng)機(jī)的性能不斷提高，目前已能在較大的功率范圍內(nèi)使其性能不低于其它型式的電動(dòng)機(jī)。七十年代初，美國(guó)福特電動(dòng)機(jī)(FdMot)公司研制出最早的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SwitchedReluctanceDrive)。其結(jié)構(gòu)為軸向

2、氣隙電動(dòng)機(jī)、晶閘管功率電路，具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速的能力，特別適用作蓄電池供電的電動(dòng)車輛傳動(dòng)。七十年代中期，在工業(yè)部門的促進(jìn)下，英國(guó)里茲(Leeds)大學(xué)和諾丁漢(Nottingham)大學(xué)組成一研究小組，共同研制以傳動(dòng)電動(dòng)車輛為目標(biāo)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。小組在該系統(tǒng)的理論研究和實(shí)踐方面做了大量工作，他們研制的樣機(jī)容量從10W至50kW，轉(zhuǎn)速?gòu)?50rpm至10，000rpm，其系統(tǒng)效率和電動(dòng)機(jī)利用系數(shù)等主要指標(biāo)達(dá)

3、到或超過(guò)了傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)。隨后以研究小組為基礎(chǔ)成立了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)公司(SwitchedReluctanceDrivesLtd)，以經(jīng)營(yíng)其研究成果。1981年英國(guó)T公司(TDrivesLtd)獲準(zhǔn)制造該系統(tǒng)，并于1983年推出商品名為Oulton的通用調(diào)速系列產(chǎn)品，其容量范圍為422kW。該產(chǎn)品的出現(xiàn)在電氣傳動(dòng)界引起不小的反響。因?yàn)槠浯_實(shí)在很多性能指標(biāo)上達(dá)到出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了工業(yè)中長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用

4、的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅為工業(yè)、交通、國(guó)防及家用電器等部門提供了一種極其優(yōu)越的調(diào)速系統(tǒng)，而且也因其具有的典型機(jī)電一體化結(jié)果豐富了“機(jī)械電子學(xué)”的成功實(shí)例。因此1983年后在國(guó)際范圍內(nèi)迅速掀起開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)研究開(kāi)發(fā)熱，并持續(xù)至今不斷發(fā)展，其產(chǎn)品推廣領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。我國(guó)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究開(kāi)始于1984年，現(xiàn)已有大批高等院校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)從事開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究工作，在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上

5、，國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究盡管起步較晚，但是起點(diǎn)較高，研制目標(biāo)基本都集中在較為成熟的三相或四相控制方案上，目前已有十余家單位推出不同性能、用途、功率(1kW到55kW)的多規(guī)格系列產(chǎn)品，應(yīng)用于紡織、冶金、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)榷喾N行業(yè)、場(chǎng)所的數(shù)十種生產(chǎn)機(jī)械和運(yùn)輸車輛中。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的研究工作從最初摸索合理的設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)向如何加速優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展，在繞組互感對(duì)運(yùn)行的影響、轉(zhuǎn)矩脈振、最佳電流波形、振動(dòng)與噪聲、發(fā)熱及鐵耗計(jì)算等方面提出了許多有益的

6、見(jiàn)解和嘗試。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)則是隨之而上的又一調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，涉及到微電子、電力電子、微機(jī)實(shí)時(shí)控制、機(jī)械制造、機(jī)電一體化及工程應(yīng)用等眾多學(xué)科領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3控制。(4)位置傳感器向控制器提供轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和速度信號(hào)，使控制器能正確地決定繞組的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)刻。通常采用光電器件、霍爾元件或電磁線圈法進(jìn)行位置檢測(cè)，采用無(wú)位置傳感器的位置檢測(cè)方法是SRD的發(fā)展方向，對(duì)降低成本、提高系統(tǒng)可靠性有重要意義。1.3開(kāi)關(guān)

7、磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡(jiǎn)單的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。其突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何型式的繞組，因此不會(huì)有鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中鼠籠鑄造不良和使用中的斷條等問(wèn)題。其轉(zhuǎn)子機(jī)械彈度極高，可以用于超高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在定子方面，它只有幾個(gè)集中繞組，因此制造簡(jiǎn)便，絕緣容易。(2)功率電路簡(jiǎn)單可靠。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無(wú)關(guān)，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一

8、個(gè)功率開(kāi)關(guān)。對(duì)比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組需流過(guò)雙向電流，向其供電的PWM變頻器中功率電路每相需兩個(gè)功率元件。因此開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)較PWM變頻器功率電路中所需的功率元件少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中每個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件均直接與電動(dòng)機(jī)繞組相串聯(lián)，根本上避免了直通短路現(xiàn)象。因此開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中功率電路的保護(hù)電路可以簡(jiǎn)化，既降低了成本，又具有高的工作可靠性。(3)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng)。從電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路

9、相互獨(dú)立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。從控制器結(jié)構(gòu)上看，各相電路各自給一相繞組供電，一般也是相互獨(dú)立工作。由此可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時(shí)，只須停止該相工作，電動(dòng)機(jī)除總輸出功率能力有所減小外，并無(wú)其它妨礙。由此本系統(tǒng)可構(gòu)成可靠性極高的系統(tǒng)，可以適用于宇航等特殊場(chǎng)合。(4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流?？刂破鲝碾娫磦?cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。起動(dòng)電流小轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)還可以延伸到低速運(yùn)行

10、段，因此本系統(tǒng)十分適合那些需要重載起動(dòng)和較長(zhǎng)時(shí)低速重載運(yùn)行的機(jī)械，如電動(dòng)車輛等。(5)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。本系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流的特點(diǎn)，使之在起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還小。這類生產(chǎn)機(jī)械有龍門刨床、銑床、冶金行業(yè)可逆軋機(jī)、飛鋸、飛剪等。(6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好?？刂崎_(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種：相開(kāi)通角、相關(guān)斷角、相電流幅值、相繞組電壓。可以根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行