与一般开环控制的磁阻式步进电动机不同的是,开关磁阻电动机必须有位置传感器,以保证定子绕组通电状态与转子位置间有严格的同步关系。
开关磁阻电动机
采用定、转子凸极结构且极数相接近的大步距磁阻式步进电动机的结构,利用转子位置传感器(又称位置检测器)通过电子功率开关控制各相绕组导通使之运行的控制电机。
- 英文名称
- switched reluctance motor
- 所属学科
- 电气工程
开关磁阻电动机典型结构如图1所示。转子上既无绕组也无永磁体,定子磁极上放置集中线圈,径向相对的两个磁极上的线圈串联构成一相绕组,并使两个磁极极性相反。工作时,各相定子绕组按要求通以单向脉冲电流。开关磁阻电动机按照磁通总要沿磁阻最小的路径闭合这一原理工作。在如图1所示的转子位置时,如果给C相绕组通电,则转子将向磁阻变小的方向转动,在图中为逆时针方向。当磁阻达到最小时,即转子4、2极分别与定子C、C′磁极对齐时,将C相绕组断电,然后给B相绕组通电,转子就可连续旋转。开关磁阻电动机实质上是一种大步距磁阻式步进电动机。
开关磁阻电动机的定子极数、转子极数
和相数
之间通常满足
的关系。相数
一般为3或4,定、转子极数配合为6/4、8/6。
开关磁阻电动机是一种调速电动机,与功率变换器、控制器、电流检测环节及位置传感器构成开关磁阻电动机驱动系统(SRD)(图2)。位置传感器向控制器提供转子位置信号,控制器根据转子位置及电动机转速、电流的反馈信息,控制功率变换器中功率半导体开关器件的通、断,使相应的相绕组通电或断电。
在绕组电感随转子位置角增大时,绕组通以电流将产生拖动转矩,而在绕组电感随转子位置角减小时,绕组通以电流则产生制动转矩。绕组通电、断电时的定、转子相对位置角分别称为开通角、关断角。开关磁阻电动机运行控制的关键是对开通角、关断角及相电流峰值的控制。在低速运行时,通常采用电流斩波控制,此时开通角和关断角固定不变,通过脉宽调制方法控制通电相绕组的电压有效作用时间,达到限制电流峰值、实现恒转矩调速的目的。在转速较高时,通常采用角度位置控制,通过改变开通角和关断角来改变相电流波形,使转矩随转速成反比变化,实现恒功率调速。当开通角和关断角调节到极限时,转矩将与转速的二次方成反比,呈串励直流电动机的特性。按以上控制方法可得出开关磁阻电动机驱动系统的典型机械特性(图3)。图中,是获得最大转矩时输出的最高转速,称为第一临界转速;
是获得最大功率时输出的最高转速,称为第二临界转速。采用控制变量(开通角、关断角、电压)的不同组合,可以得出
的不同分布,从而获得不同的机械特性。
主要优点:①结构简单、坚固耐用,适合于高速运行。②转矩与电流大小有关,而与电流方向无关,因此绕组只需单方向通电,使功率变换器及其控制简单,成本低,可靠性高。③可以通过对开通角、关断角及电流峰值的控制,得出不同的机械特性,还可较容易地实现四象限运行,因此可以满足多种驱动场合的不同需要。④在较宽的调速范围和功率范围内具有很高的效率。主要缺点:低速时转矩脉动及转速波动较大;振动和噪声大。