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标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用 [打印本页]

作者: 米卢 时间: 2003-12-29 12:06
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
本文作者：艾伦电气自动化技术有限公司吴星华
开关磁阻电机调速系统的特点
开关磁阻电机调速系统是近几十年来发展较快的变频调速电动机,它的发展是随着大功率电子器件及大规模专用集成电路、控制技术、电力电子技术及单片机的发展与应用，一种基于改变供电电源频率的调速方式 — 交流变频调速系统应运而生。而开关磁阻电机调速系统(又称开关磁阻电机驱动系统)简称SRD系统,是它们中崭新的一种系统,并且已经是智能化和模块化,不仅调速性优越，而且各种保护功能也很完善，已在很多方面大量使用。从图1中可以看出SRD系统是磁阻电动机和电力电子技术相结合而产生的一种机电一体化装置,主要由SRM开关磁阻电动机、功率变换器、单片机、电流及位置检测器等五大部分组成。其特点：

◆ 开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM) 是系统中实现能量转换的部件, 它与传统的磁阻电动机相比，具有本质的区别。在结构上，SRM采用双凸极形式，即定子、转子均为凸极式构造；定子线圈采用集中式而不是分布式绕组；加在定子绕组上的电压为不连续的矩形波而非连续的正弦波。图2所示为8/6极（定子八极、转子六极）四相SRM剖面图。SRM有两种独特的运行方式：低速时采用电流斩波方式；高速时采用单脉冲角度控制方式。在电流斩波方式中，系统是通过调节相绕组电流的大小来控制转矩，因此能准确知道绕组中实际电流的大小，对电流进行反馈是很必要的；在角度位置控制方式中，系统通过调节触发角和关断角来实现对转矩的控制，此时电流己不再作为控制量，但为了防止系统过载或故障则要进行过流保护，所以系统中需要进行电流检测。
◆ 功率变换器是开关磁阻电动机(运行时所需能量的提供者，是连接电源和电动机绕组的开关部件。通过它将电源能量馈入电机，也可将电机内的磁场储能反馈回电源,其功率变换电路所用的开关部件为快速绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

理论与实践证明：SRD系统在单位体积转矩值、效率、逆变器伏安容量及其性能参数上，可与目前的变频调速系统竞争。该机种在转矩/转动惯量的比值上占有较大的优势，特别是两种临界转速的，使可变范围广，可控因素多，是一种较理想的新型调速系统。
值此需要特别指出,它与众不同的是，SRD系统很容易通过改变电动机的工作方式和控制参数实现不同的性能特点和满足特殊的性能指标，尤其当采用单片机或DSP单片可编程微处理器芯片为控制核心时，往往只需通过修改软件，便能满足用户许多不同的性能要求。
随着科技能力的不断进步，以及半导体集成控制技术水平的提高，SRD系统已有了系列化产品，其多种中小功率SRD系统在不同的工业部门和家用电器中得到应用。

SRD系统的特性主要特点
● 启动电流小(≤30%额定电流)，启动转矩大，大于额定转矩的2-3倍；
● 调速范围广；调速比大于20:1，调速平滑无极；
● 负载特性好；稳定精度高，在负载大小变化时，转速保持不变其稳速精度≤正负0.5%；
● 系统效率高，从低速、中速到高速，系统效率均达到85%以上；
● 机械结构牢固，可免维护运行；
● 具有启动时低电流、大转矩的特性，其电动机和控制

图1 ：开关磁阻电动机调速系统

器在启动过程中电流冲击小，发热较连续额定运转时还小；
● 在制动运行和电动运转时，同样具有优良的转矩输出能力和工作特性。因此，适用于频繁启动或频繁正反转运行的场合，转换频率可达1000次/ｈ。
真因为具有以上特点，所以能开发应用的领域相当广泛。
开关磁阻电机调速系统的应用
随着科技能力的不断进步，以及半导体集成控制技术水平的提高，SRD系统已有了系列化产品，其多种功率SRD系统在不同的工业部门和家用电器中得到应用。
◆ 用于龙门创床：工业上需要电动机能频繁启、停及正反转，只有开关磁阻调速电动机能较好的实现。如机械工业中龙门刨床、铣床、治金行业的可逆轧机、飞锯、飞剪、电弧炉的电极升降系统，建设工程中的沥青、水泥混凝土冷料级配系统等等。为了满足对电气传动的苛刻要求，获得较好的静态与动态指示，过去或传统技术,只能采用直流电动机作为工作台的拖动电机，并与电机放大机、直流发电机组成直流调速系统，虽则这样的系统基本可满足需求，但存在结构笨重复杂、占地面积大、用材多、操作使用与保养维修困难、效率低、耗电量大等一系列缺点和不足。
◆ 用于纺织“探边”设备：经过纺织行业的“探边” 与“对中”设备的实践使用，取得了较好的效果。对作为“探边”设备的动力，其反应速度小于0.3s，即电动机运转时，接到指令后，能在0.3s内实现反转，并要求在24小时内连续频繁运转，同时要求在较宽广范围内进行无级调速。这些功能都是在变频调速系统难以实现的。
◆ 用于家用电器: 将克服当今洗衣机和空调机、电冰箱的缺陷，成为更完善新一代产品。目前世界上使用面广的现代洗衣机主要有二大类：一是波轮式全自动洗衣机，二是滚筒式全自动洗衣机。这两类洗衣机对电动机有共同的性能要求：即洗涤时要电机低速旋转，且能适应频繁正反转；脱水时要电机高速旋转。为此，它们均采用一种2极/16极变极双速单相异步电动机，勉强达到使用要求，但存在着调速性能差与效率低(一般均在30%以下)、启动电流大(特别是作频繁正反转洗涤状况时竟达到额定电流的7-8倍以上)。

而采用SRD系统代替原2极/16极变极双速单相异步电动机,则可以克服上述缺陷。因SRD系统有宽广的调速范围，可以使“洗涤”与“脱水”均工作在最佳的转速上; SRD系统良好的启动性能可消除洗涤过程中启动电流对电网的冲击，使冼涤、换向平稳无噪声; 实现全部调速范围的高效率，大大减少耗电量。
空调、电冰箱的核心部件都是压缩机，大都是由单相异步电动机带动压缩机，作二位置式的通断控温，因而系统效率与功率因数均低，并且温度的起伏范围大。况且启动时因电流大对电网有严重的冲击。虽则近年来有“变频空调”新产品，它采用异步电动变频调速系统取代单相异步电机空调机并获得了制冷速度快、运行噪音小，效率高，节能等一系优越性，但由于变频调速系统通常运

图2：四相SRM剖面示意图

行在中、低速时，机械特性差，系统效率和功率因素下降明显。而变频空调系统的压缩机电机恰恰大多数时间运行在中、低速，仅在刚刚开启才会运行在高速，所以这给变频空调的节能优越性大大地打了个折扣。反之SRD系统具有优良的调速性能，有更高的电能机械能转换效率，特别是在中低速时，优势尤为突出。从而能有效的克服了变频调速系统的弊端，使节能更为有效。一般情况下,空调均是高耗能型家电，如果能节5%能以上，必将会获得较大的经济与社会效益。
◆ 在电动车与驱动上的应用：由于燃油汽车废气严重污染环境，故发展和完善无污染的电动车是社会的必然. 而发展电动车除了随车的蓄电池要有高能量密封之外，再则就是要有性能和效率很优越的电动机调速系统作动力。而SRD系统高效率、高可靠性、宽广的调速范围，卓越的启、制动性能，它是各类电动车最理想的动力之一。据有关资料报道，以为动力的城市内使用的轻轨电动车列车将列入我国“十五”重大科技攻关项目。
◆ 高速运行应用场合的开发：由于SRM电动机具有坚固性和需要相对低的开关频,所以在叠片性能和轴承满足的条件下可作高速传动与运行，为此，作为开发高速SRD系统又是一个应用方向。据有关资料，美国为空间技术应用研制了25000r/min、90Kw的高速SRD样机，其电动机有效材料仅为10Kg。
虽然SRD系统系统在我国出现较晚，产业化工作滞后，它的特点目前尚未被广大用户所了解，但由于SRD系统具有十分优良的控制性能，从而使得某些领域可取代现在仍广泛采用的交流变频调速系统，特别是在一些现有调速系统难以胜任的场所，发挥作用。为此，可以肯定开关磁阻电动机调速系统可望在21世纪尽显光彩。

作者: 米卢 时间: 2003-12-29 12:09
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作者: 米卢 时间: 2003-12-29 12:09
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作者: 米卢 时间: 2003-12-29 12:10
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作者: 米卢 时间: 2003-12-29 12:16
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
有用于电动自行车的成品电机, 100W, 两相. 在转动惯量, 效率,序航,起动性,扭矩等方面应有突破.

作者: 老房 时间: 2003-12-30 01:40
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
米兄不鸣则以，鸣则惊人。早年间俺就说过开关磁阻电机将来在电动车上发扬光大。只是现行技术受限。寻找这个电机是俺的一个梦，但是.........。
曾看过一份商业资料：做的好这种电机启动电流小应该小于或等于20%(≤30%额定电流)，启动转矩大，大于额定转矩的2-3倍；系统效率均应达到90%以上；
不过米兄关子卖大了，该打PP。请告知有用于电动自行车的成品电机的厂家。

作者: 米卢 时间: 2004-1-2 17:22
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
http://www.srdrive.com/index.htm
中纺电机研究所.
100W序航能力应吓死人啊! 没用过.................

作者: 米卢 时间: 2004-1-2 17:25
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
SRD系统的特性主要特点
● 启动电流小(≤30%额定电流)，启动转矩大，大于额定转矩的2-3倍；
● 调速范围广；调速比大于20:1，调速平滑无极；
● 负载特性好；稳定精度高，在负载大小变化时，转速保持不变其稳速精度≤正负0.5%；
● 系统效率高，从低速、中速到高速，系统效率均达到85%以上；
● 机械结构牢固，可免维护运行；
● 具有启动时低电流、大转矩的特性，其电动机和控制
图1 ：开关磁阻电动机调速系统
器在启动过程中电流冲击小，发热较连续额定运转时还小；
● 在制动运行和电动运转时，同样具有优良的转矩输出能力和工作特性。因此，适用于频繁启动或频繁正反转运行的场合，转换频率可达1000次/ｈ。
真因为具有以上特点，所以能开发应用的领域相当广泛。
听天书一样,好想拥有,诱惑难耐......................

作者: 米卢 时间: 2004-1-6 14:59
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
顶一下. 大家交流交流

作者: toluoxin 时间: 2004-2-13 20:42
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
使用什么位置传感器？

作者: 水穷云起 时间: 2004-2-13 23:06
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
一般用光电。也有霍尔的。

作者: 老顽童 时间: 2004-2-14 09:36
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
有没有价格和配套？

作者: 水穷云起 时间: 2004-2-14 10:18
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
目前在电动自行车上还没有应用。

作者: wangshu15 时间: 2004-4-14 12:52
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
最近发现有生产电动车用开关磁阻电机的厂家:
开关磁阻电机调速系统

　　开关磁阻电机（ＳＲＭ）作为一种新型高效节能调速系统，兼有直流调速与交流调速的优点，在很多主要性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格比超过了正在得到广泛应用的其他优良调速系统。
开关磁阻电机调速系列产品
　1、电动自行车用 DZSRDII-160 开关磁阻电机：
　
额定功率 160W 额定转速 200rpm 额定转矩 ≥8Nm 最大转矩 ≥15Nm
额定车速 20km/h　电源 36V　 12Ah蓄电池
2、电动摩托车用 DZSRD-450 开关磁阻调速电机：　
额定功率 450W 额定转速 400rpm 额定转矩 ≥12Nm 最大转矩 ≥25Nm
额定车速 50km/h　电源 36V　 12Ah蓄电池

作者: wangshu15 时间: 2004-4-14 13:11
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
[这个贴子最后由wangshu15在 2004/04/14 01:16pm 第 1 次编辑]

开关磁阻电机是通过电子电路轮流接通和断开各相绕组使电机旋转的磁阻式电动机。其上装有转子位置传感器，类似于无刷直流电动机的工作方法进行控制。可以调速，因绕组为单方向通电，其电子电路简单可靠。由于电机转子上无绕组，是用矽钢片成型叠成，定子上为集中绕组，很容易做到散热，易于密封，电机坚固耐用，可靠性高。其具有较高的效率、小的启动电流和大的启动转矩。
（1）电动机结构简单、成本低、适用于高速。开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单。其突出的优点是转子上没有任何形式的绕组，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题。其转子机械强度极高，可以用于超高速运转（如每分钟1万转）。在定子方面，它只有几个集中绕组，因此制造简便，绝缘容易。
（2）功率电路简单可靠。因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关。对比感应电动机绕组需流过双向电流，向其供电的PWM变频器中功率电路每相需两个功率元件。因此开关磁阻电动机调速系统较PWM变频器功率电路中所需的功率元件少，电路结构简单。
另外，PWM变频器功率电路中每桥臂两个功率开关直接跨在直流电源侧，易发生直通短路烧毁功率元件的情况。而开关磁阻电动机调速系统中每个功率开关元件均可直接与电动机绕组相串联，从根本上避免了直通短路现象。因此开关磁阻电动机调速系统中功率电路的保护电路可以简化，既降低了成本，又具有高的工作可靠性。
（3）各相独立工作，可构成极高可靠性系统。从电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个旋转磁场，电动机才能正常运转。
从控制器结构上看，各相电路各自给一相绕组供电，一般也是相互独立工作。由此可知，当电动机一相绕组或控制器一相电路发生故障时，只需停止该相工作，电动机除总输出功率能力有所减小外，并无其它妨碍。由此看出该系统可构成可靠性极高的系统。
（4）高起动转矩，低起动电流。控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧得到较大的起动转矩是该系统的一大特点。
典型产品的数据是：起动电流为15%额定电流时获得起动转矩为100%的额定转矩；起动电流为额定值的30%时，起动转矩可达其额定值的150%。
而对比其它调速系统的起动特性，如直流电动机为100%电流，获得100%转矩；鼠笼感应电动机为300%的电流，获得100%的转矩。起动电流小转矩大的优点还可以延伸到低速运行段，因此该系统十分适合那些需要重载起动和较长时低速重载运行的机械，如电动车。
（5）适用于频繁起停及正反向转换运行。该系统具有的高起动转矩，低起动电流的特点，使之在起动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小。可控参数多使之能在制动运行同电动运行具有同样优良的转矩输出能力和工作特性。二者综合作用的结果必然使之适用于频繁起停及正反向转换运行，次数可达1000次/小时。
（6）可控参数多，调速性能好。控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种：相开通角，相关断角，相电流幅值，相绕组电压。
可控参数多，意味着控制灵活方便。可以根据对电动机的运行要求和电动机的情况，采用不同控制方法和参数值，即可使之运行于最佳状态（如出力最大、效率最高等），还可使之实现各种不同的功能和特定的特性曲线。如使电动机具有完全相同的四象限运行（即正转、反转、电动、制动）能力，并具有高起动转矩和串激电动机的负载能力曲线。
（7）效率高、损耗小。该系统是一种非常高效的调速系统。这是因为一方面电动机转子不存在绕组铜损，另一方面电动机可控参数多，灵活方便，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。其电机效率在很宽范围内都在90%以上，这是其它一些调速系统不容易达到的。将该系统同PWM变频器带鼠笼感应电动机的系统进行比较，额定点的效率比变频器系统一般要高5个百分点左右，在不同转速和不同负载下的效率比变频器系统高得更多。
（8）可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。

作者: wangshu15 时间: 2004-4-15 12:07
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
[这个贴子最后由wangshu15在 2004/04/15 12:27pm 第 2 次编辑]

下面引用由老顽童在 2004/02/14 09:36am 发表的内容：
有没有价格和配套？

用于电动自行车和三轮车的开关磁阻电机在北京就有买,老顽童要找他们不困难:
北京东方无限高科技有限公司
北京东方渴望科技发展有限公司
国营北京曙光电机厂

作者: jleb 时间: 2004-4-18 11:24
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
该电机用在电动自行车上不合适，因为转速太低了。

作者: 米卢 时间: 2004-8-16 22:49
标题: [转帖]新型开关磁阻电机调速系统的特点与应用
转速要高容易的很.

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