开关磁阻电机 开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继 变频调速系统 、无刷直流电动机 调速 系统的最新一代无极调速系统。它的结构相对比较简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率， 系统 可靠性 高。主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分所组成。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转 子位置检测器则安装在电机的一端。 其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，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。 特征 开关磁阻电机结构相对比较简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围 10W~5MW 的各种高低速驱动调速系统。使的开关磁阻电机存在 许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到普遍使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传 动系统等所有的领域）。 优点 ◆ 其结构相对比较简单，价格实惠公道，电机的转子没有绕组和磁铁。 ◆ 电机转子无永磁体，允许较高的 温升 。由于绕组均在定子上，电机容易冷却。效率高，损耗小。 ◆ 转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。 ◆ 转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。 ◆ 转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。 ◆ 调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。 ◆ 并具频繁启动（ 1000 次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。 ◆ 且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。 ◆ 电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。 ◆ 可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用上的要求。 缺点 其工作原理决定了，若需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。 因其要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。 对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会体现的越来越明显。 如果单纯使用电流斩波或最优导通角操控方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要加入更为复杂的算法。 另外，运行时噪音和振动较大、非线形性强也是开关磁阻电机要解决的问题。 目前国内实用的磁阻电机属于初级阶段，部分产品控制相对粗放，电机的响应速度慢、低速下的脉动大，难以实现较高的控制 精度。 结构原理 双凸极结构       磁阻电机的定子铁芯有六个齿极，转子铁芯有四个齿极，均由导磁良好的硅钢片冲制后叠成。 开关磁阻电机构造 [1] 与普通电机一样，转子与定子之间有很小缝隙，转子可在定子内自由转动。 由于定子与转子都有凸起的齿极，这种形式也称为双凸极结构。 在定子齿极上绕有线圈（定子绕组），是向电机提供工作磁场的励磁绕组。在转子上没有线圈，这是磁阻电机的主要特征。 三相 6/4 结构工作原理 磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。 定子六个齿极上绕有线圈，径向相对的两个线圈连接在一起，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。为方便分析磁路，我们把相对的相分别标为 a、b、 c 相，各相线圈由开关控制电流通断，约定转子启动前的转角为 0 度。 开关磁阻电机工作原理示意 [2] 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逆时针转动；磁力一直牵引转子转到 30 度为止，到了 30 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 30 度前已切断 A 相电源在 30 度时接通 B 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，磁力一直牵引转子转到 60 度为止。 在转子转到 60 度前切断 B 相电源在 60 度时接通 C 相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵 引转子转到 90 度为止。 当转子转到 90 度前切断 C 相电源，转子在 90 度的状态与前面 0 度开始时一样， 重复前面过程， 接通 A 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。这就是磁阻电动机的工作原理。 上述工作原理决定了若需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。 [2] 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的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个 领域，功率范围从 10W 到 5MW ，最大速度高达 r/min 。 电动车应用 开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动摩托车和电瓶车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机变为首选对象。 SRD 开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧密相连牢固，适合于高速运行，并且 驱动电路 简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围 内效率都比较高， 还能够方便地实现四象限控制。 这些特点使 SRD 开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行， 是电动车辆中极具有潜力的机种。 SRD 的最大特点是转矩脉动大，噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低； 另一个缺点是要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。因此无传感器的 SRD 也是未来的发展的新趋势之一。其优点 主要体现在以下几个方面： 1）开关磁阻电机不仅效率高，而且在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率，这是别的类型驱动系统难以达到的。这种特性对电动车的运作情况尤为适合，有利于提高电动车的续驶里程。 2）开关磁阻电机很容易通过采取了适当的控制策略和系统模块设计满足电动车四象限运行的要求，并且还能在高速运行区域保持强有力的制动能力。 3）开关磁阻电机有很好的散热特性，从而能以小的体积取得较大的输出功率，减小电机体积和重量。 4）通过调整开通角和关断角，开关磁阻电机可完全达到它激直流电机驱动系统良好的控制特性，而且这是一种纯逻辑的控制方式，很容易智能化，从而能通过重新编程或替换电路元件，方便地满足多种运行特性的要求。 5）开关磁阻电机无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠，无需或很少要维护，适用于各种恶劣、高温环境，拥有非常良好的适应性。 纺织工业应用 近十多年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了 机电一体化技术 。这项技术 的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有 PLC 、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制 系统；先进的驱动技术，有变频调速，交流伺服，步进电机等；检测传感技术和执行机构；精密机械技术等。棉纺织设备较有 代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机等。其中， 无梭织机的主传动技术也有了新的突破：采用开关磁阻电机作为无梭织机的主传动带来许多好处，减少传动齿轮、不用皮带和 皮带盘，不用 电磁离合器 和刹车盘，不用寻纬电机，减少了这些机械结构直接的减小了转动惯量，减小能耗。同时因为开关磁 阻电机的能量转化效率高，能使织机节能 10% 等优点，国内已有开关磁阻电机和驱动器的产品（北京中纺机电研究所，目前还 在与无梭织机主机厂合作，共同开发应用技术，希望能尽快取得成功，填补国内空白）。而浙江 中自机电 控制技术有限公司， 目前已经研发成功开关磁阻电机的驱动系统，成功运用于无梭织机上，在主机厂运转性能好，达到国际领先水平。 风电行业应用 普通的发电机，如如异步发电机、感应发电机、永磁发电机要输出固定电压，其转速也须固定。而风速是时刻变化的，所以风 轮机的转速必须固定不变， 导致网通利用效率低下。 显然，若使用变速发电机就能提高风能利用效率 （即变速恒频发电系统） ， 而开关磁阻电机正满足了这样的要求。 开关磁阻发电机用于风力发电有如下优势： 1、可以方便的发出电压恒定的直流电，尤其对于它励方式，输出电压直接由励磁电压决定，而与转速无关。在自励方式下，也 能够最终靠自身的控制器实现电压恒定。 2、开关磁阻发电机结构相对比较简单，转子上无刷、无绕阻、无永久磁体，因此成本低廉；不存在铜耗，发电效率高；同时转子的转动 惯量小，启动转矩低，动态响应好。低频时不可能会出现像变频供电的感应电机在低频时出现的不稳定和振荡问题。因此即使在网 速较低的情况下，通过合理的设计，也可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，从而省去了齿轮箱。 3、开关磁阻发电机具有优良的高速性能， 能够在宽广的速度范围内稳定运行， 因而能适应不同网速的要求， 高效的利用网通。 4、开关磁阻发电机可控参数多，如开通角，关断角，直流斩波限，励磁电压等，可方便的实现比较复杂的控制策略。 5、开关磁阻发电机具有自励能力，只需要小容量的直流起励电源，就可以自动建立电压。若与蓄电池构成互补系统，更可以体 现分时励磁和发电的优势。 6、开关磁阻发电机各相在物理和电磁上相互独立，即使缺相的情况下，仍可维持工作，有着非常强的容错能力。 焦炭工业应用 开关磁阻电机（ SRD ）因其起动力矩大、 起动电流小，可以频繁重载起动，无需其它的电源变压器，节能，维护简单，特别适 用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。 90 年代 英国已研制成功 300kW 的开关磁阻电机，用于刮板输送机，效果很好。我国已研制成功 110kW 的开关磁阻电机用于矸 石山绞车 、 132kW 的开关磁阻电机用于带式输送机拖动，良好的起动和调速性能受到工人们的欢迎。 我国还将开关磁阻电机 用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能好。此外还成功地将开关磁阻电机用于电机车，提高了电机车运行的 可靠性和效率。 家电行业应用 随着时下人们生活水平的提高，洗衣机已逐渐深入千家万户，洗衣机也经历了手动机械洗衣机、 半自动洗衣机 、全自动洗衣机 的发 展过程，并不断智能化。洗衣机电机也由简单的有级调速电机发展为无级调速电机。开关磁阻电机由于低成本、高性能、智能化已开始应用于洗衣机，在 美国高档洗衣机中已小批量采用，并取得明显的优点： 1）很低的洗涤速度。 2）良好的衣物分布性。 3）滚筒平衡性好。 4）快速安全停机。 5）软起动。 6）电流限幅。 7）最大速度高，低速转矩大。 8）机械特性易调整。 9）对水温、水流等易于智能控制。 开关磁阻调速电机控制器       控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断，从而使电动机旋转， 旋转方向与电流方向无关。经过控制绕组导通与关断的顺序，能控制电动机的旋转方向，经过控制绕组的电流及开通与关断 角度能控制电动机的转速。

  2023年河北建设投资集团有限责任公司人员招聘考试参考题库及答案解析.docx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者