開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

【專家解說】：開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SRD)是當(dāng)今世界最新、性能價(jià)格比最高的調(diào)速系統(tǒng)。它是一種基于改變供電電源頻率的調(diào)速方式——交流變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。而開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(又稱開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng))簡稱SRD系統(tǒng),是它們中嶄新的一種系統(tǒng),并且已經(jīng)是智能化和模塊化,不僅調(diào)速性優(yōu)越，而且各種保護(hù)功能也很完善，已在很多方面大量使用。這項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)問世，便以其寬廣的調(diào)速范圍，良好的機(jī)械特性，卓越的啟動制動性能，節(jié)能，易維護(hù)等一系列突出優(yōu)點(diǎn)而引起電氣及其他行業(yè)的關(guān)注。SRD系統(tǒng)是磁阻電動機(jī)和電力電子技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種機(jī)電一體化裝置,主要由SRM開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率變換器、單片機(jī)(或DSP芯片)、電流及位置檢測器等五大部分組成。其組成與特點(diǎn)： 1.1開關(guān)磁阻電動機(jī)(Switched Reluctance Motor,簡稱SRM) 是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件, 它與傳統(tǒng)的磁阻電動機(jī)相比，具有本質(zhì)的區(qū)別。在結(jié)構(gòu)上，SRM采用雙凸極形式，即定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式構(gòu)造；定子線圈采用集中式而不是分布式繞組；加在定子繞組上的電壓為不連續(xù)的矩形波而非連續(xù)的正弦波。轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無繞組也無永磁體，定子各極上繞有集中繞組。圖2所示為8/6極（定子八極、轉(zhuǎn)子六極）四相SRM剖面圖. SRM有兩種獨(dú)特的運(yùn)行方式：低速時(shí)采用電流斬波方式；高速時(shí)采用單脈沖角度控制方式。在電流斬波方式中，系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)相繞組電流的大小來控制轉(zhuǎn)矩，因此能準(zhǔn)確知道繞組中實(shí)際電流的大小，對電流進(jìn)行反饋是很必要的；在角度位置控制方式中，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角和關(guān)斷角來實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制，此時(shí)電流己不再作為控制量，但為了防止系統(tǒng)過載或故障則要進(jìn)行過流保護(hù)，所以系統(tǒng)中需要進(jìn)行電流檢測。 1.11開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)工作原理遵循“磁阻最小原理”，通電后，磁路有向磁阻最小路徑變或化的趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與電子凸極錯(cuò)位時(shí)，氣隙大、磁阻大：一旦定子磁極繞組通電，就會形成對轉(zhuǎn)子凸起的磁拉力，使氣隙變小一一磁路磁阻變小。與此同時(shí)用電子開關(guān)按一定邏輯關(guān)系切換定子磁極繞組的通電相序，即可形成連續(xù)旋轉(zhuǎn)的力矩。開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)的調(diào)速功能是由開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測器、功率變換器和控制器(即單片機(jī)或DSP芯片)共同配合實(shí)現(xiàn)的。 為開關(guān)磁阻電動機(jī)的機(jī)械特性,至所以說它機(jī)械特性好是因啟動轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩的2-3倍。功率變換器是開關(guān)磁阻電動機(jī)-運(yùn)行時(shí)所需能量的提供者，是連接電源和電動機(jī)繞組的開關(guān)部件。通過它將電源能量饋入電機(jī)，也可將電機(jī)內(nèi)的磁場儲能反饋回電源，其功率變換電路所用的開關(guān)部件為快速絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。 理論與實(shí)踐證明：SRD系統(tǒng)在單位體積轉(zhuǎn)矩值、效率、逆變器伏安容量及其性能參數(shù)上，可與目前的變頻調(diào)速系統(tǒng)競爭。該機(jī)種在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動慣量的比值上占有較大的優(yōu)勢，特別是兩種臨界轉(zhuǎn)速的，使可變范圍廣，可控因素多，是一種較理想的新型調(diào)速系統(tǒng)。 值此需要特別指出,它與眾不同的是，SRD系統(tǒng)很容易通過改變電動機(jī)的工作方式和控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的性能特點(diǎn)和滿足特殊的性能指標(biāo)，尤其當(dāng)采用單片機(jī)或DSP單片可編程微處理器芯片為控制核心時(shí)，往往只需通過修改軟件，便能滿足用戶許多不同的性能要求。 隨著科技能力的不斷進(jìn)步，以及半導(dǎo)體集成控制技術(shù)水平的提高，SRD系統(tǒng)已有了系列化產(chǎn)品，其多種中小功率SRD系統(tǒng)在不同的工業(yè)部門和家用電器中得到應(yīng)用。 2、SRD系統(tǒng)的特性 主要表現(xiàn)在： ＊啟動電流小(≤30%額定電流)，啟動轉(zhuǎn)矩大，大于額定轉(zhuǎn)矩的2--3倍； ＊調(diào)速范圍廣；調(diào)速比大于20:1，調(diào)速平滑無極； ＊負(fù)載特性好；穩(wěn)定精度高，在負(fù)載大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)速保持不變其穩(wěn)速精度≤正負(fù)0.5%； ＊系統(tǒng)效率高，從低速、中速到高速，系統(tǒng)效率均達(dá)到85%以上； ＊機(jī)械結(jié)構(gòu)牢固，可免維護(hù)運(yùn)行； ＊具有啟動時(shí)低電流、大轉(zhuǎn)矩的特性，其電動機(jī)和控制器在啟動過程中電流沖擊小，發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還小； ＊在制動運(yùn)行和電動運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，同樣具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。因此，適用于頻繁啟動或頻繁正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的場合，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)1000次／h。正因?yàn)榫哂幸陨咸攸c(diǎn)，所以能開發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 3、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SRD)的應(yīng)用 開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SRD)的應(yīng)用范圍非常廣泛，隨著科技能力的不斷進(jìn)步，以及半導(dǎo)體集成控制技術(shù)水平的提高，SRD系統(tǒng)已有了系列化產(chǎn)品，其多種功率SRD系統(tǒng)在不同的工業(yè)部門和家用電器及國防軍工中得到應(yīng)用。如需頻繁啟動、停止、快速頻繁正反轉(zhuǎn)及需在很寬范圍內(nèi)調(diào)速的設(shè)備。如機(jī)械行業(yè)的龍門刨床、銑床，冶金行業(yè)的可逆軋機(jī)、飛鋸、飛剪、電弧爐的電極升降，科研試驗(yàn)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、食品、印刷機(jī)械、汽車、電力機(jī)車及空間技術(shù)、家用電器等。 3.1在龍門刨床中的應(yīng)用 龍門刨床是加工大面積金屬平面的常見機(jī)床，其切削過程為：橫梁和側(cè)刀架在立柱上移動，垂直刀架在橫梁上左右移動，工件所在的工作臺在導(dǎo)軌上作直線往復(fù)運(yùn)動。單就工作臺的傳動電機(jī)則要求：*能頻繁快速地實(shí)現(xiàn)啟動、制動及正反旋轉(zhuǎn)，并能在直線往復(fù)運(yùn)動中自動平穩(wěn)地變換速度。*能在≥20的速比范圍內(nèi)平滑地調(diào)速。*能在工件吃刀后，不低于吃刀前速度的95％。*在任一速度下?lián)Q向時(shí)，沖擊電流限制在允許值內(nèi)。*工作臺在往復(fù)換向時(shí)切削點(diǎn)過切刀的距離不超過7一Bom，并能實(shí)現(xiàn)良好地制動。 過去多采用直流電動機(jī)和直流調(diào)速系統(tǒng)，雖然在性能上滿足了需要，但缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，操作麻煩，維護(hù)量多，效率低，能耗高。近年來，使用了SRD后，省去了減速器，簡化了結(jié)構(gòu)，方便了操作，減少了能耗，降低了成本。 3.2 用于紡織“探邊”設(shè)備 經(jīng)過紡織行業(yè)的“探邊” 與“對中”設(shè)備的實(shí)踐使用，取得了較好的效果。對作為“探邊”設(shè)備的動力，其反應(yīng)速度小于0.3s，即電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，接到指令后，能在0.3s內(nèi)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，并要求在24小時(shí)內(nèi)連續(xù)頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)要求在較寬廣范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速。這些功能都是在變頻調(diào)速系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的。 3.3 用于家用電器: 將克服當(dāng)今洗衣機(jī)和空調(diào)機(jī)、電冰箱的缺陷，成為更完善新一代產(chǎn)品。 3.3.1 目前世界上使用面廣的現(xiàn)代洗衣機(jī)主要有二大類：一是波輪式全自動洗衣機(jī)，二是滾筒式全自動洗衣機(jī)。這兩類洗衣機(jī)對電動機(jī)有共同的性能要求：即洗滌時(shí)要電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)，且能適應(yīng)頻繁正反轉(zhuǎn)；脫水時(shí)要電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。為此，它們均采用一種2極/16極變極雙速單相異步電動機(jī)，勉強(qiáng)達(dá)到使用要求，但存在著調(diào)速性能差與效率低(一般均在30%以下)、啟動電流大(特別是作頻繁正反轉(zhuǎn)洗滌狀況時(shí)竟達(dá)到額定電流的7--8倍以上)。 而采用SRD系統(tǒng)代替原2極/16極變極雙速單相異步電動機(jī),則可以克服上述缺陷。因SRD系統(tǒng)有寬廣的調(diào)速范圍，可以使“洗滌”與“脫水”均工作在最佳的轉(zhuǎn)速上；SRD 系統(tǒng)良好的啟動性能可消除洗滌過程中啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，使冼滌、換向平穩(wěn)無噪聲；實(shí)現(xiàn)全部調(diào)速范圍的高效率，大大減少耗電量。 3.3.2空調(diào)、電冰箱的核心部件都是壓縮機(jī)，大都是由單相異步電動機(jī)帶動壓縮機(jī)，作二位置式的通斷控溫，因而系統(tǒng)效率與功率因數(shù)均低，并且溫度的起伏范圍大。況且啟動時(shí)因電流大對電網(wǎng)有嚴(yán)重的沖擊。雖則近年來有“變頻空調(diào)”新產(chǎn)品，它采用異步電動變頻調(diào)速系統(tǒng)取代單相異步電機(jī)空調(diào)機(jī)并獲得了制冷速度快、運(yùn)行噪音小，效率高，節(jié)能等一系優(yōu)越性，但由于變頻調(diào)速系統(tǒng)通常運(yùn)行在中、低速時(shí)，機(jī)械特性差，系統(tǒng)效率和功率因素下降明顯。而變頻空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)電機(jī)恰恰大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在中、低速，僅在剛剛開啟才會運(yùn)行在高速，所以這給變頻空調(diào)的節(jié)能優(yōu)越性大大地打了個(gè)折扣。反之SRD系統(tǒng)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，有更高的電能--機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，特別是在中低速時(shí)，優(yōu)勢尤為突出。從而能有效的克服了變頻調(diào)速系統(tǒng)的弊端，使節(jié)能更為有效。一般情況下,空調(diào)均是高耗能型家電，如果能節(jié)5%能以上，必將會獲得較大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。 3.4在電動車與驅(qū)動上的應(yīng)用 由于燃油汽車廢氣嚴(yán)重污染環(huán)境，故發(fā)展和完善無污染的電動車是社會的必然。而發(fā)展電動車除了隨車的蓄電池要有高能量密封之外，再則就是要有性能和效率很優(yōu)越的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)作動力。而SRD系統(tǒng)高效率、高可靠性、寬廣的調(diào)速范圍，卓越的啟、制動性能，它是各類電動車最理想的動力之一。 除此以還,國外還在下列車輛中開發(fā)使用: 電動自行車和電動摩托車、公共汽車、輪椅車、高爾夫球車、割草機(jī)、小型電動汽車。 3.5高速運(yùn)行應(yīng)用場合的開發(fā) 由于SRM電動機(jī)具有堅(jiān)固性和需要相對低的開關(guān)頻，所以在疊片性能和軸承滿足的條件下可作高速傳動與運(yùn)行，為此作為開發(fā)高速SRD系統(tǒng)又是一個(gè)應(yīng)用方向。據(jù)有關(guān)資料，美國為空間技術(shù)應(yīng)用研制了25000r/min、90Kw的高速SRD樣機(jī)，其電動機(jī)有效材料僅為10Kg。 4、結(jié)束語 雖然SRD系統(tǒng)系統(tǒng)在我國出現(xiàn)較晚，產(chǎn)業(yè)化工作滯后，它的特點(diǎn)目前尚未被廣大用戶所了解，但由于SRD系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的控制性能，從而使得某些領(lǐng)域可取代現(xiàn)在仍廣泛采用的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，特別是在一些現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)難以勝任的場所，發(fā)揮作用。為此，可以肯定開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)可望在21世紀(jì)盡顯光彩。 （我在別的地方找的，我也是學(xué)電控的，看后有點(diǎn)收獲，看看你看過后能不能找到有用的吧~~）