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开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用（二）
（低轴阻发电机参考资料）
1
引言
开关磁阻电机驱动系统
(SDR)
具有一些
很有特色的优点
:
电机结构简单、
坚固
、
维
护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、电流小
;
高速恒功率区范围宽、性能好，在宽
广转速和
功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。
这使得
SR
电机系统
在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引
电机、高转速电机、航空航天等领域得
到广泛应用。
SR
电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，
SR
电机和传统电机一样，它
既可将电能转换为
机械能—电动运行，
在这方面的理论趋于成熟
;
也可将机械能转换为电
能—发电运行，
其内部的能量转
换关系不能简单看成是
SR
电动机的逆过程。
< br>本文将从
SR
电机电动和发电运行这两个角度阐述
SR
电机的运行原理。
2
电动运行原理
2.1
转矩产生原理
控制器
根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息，结合给定的运行命令
(
正转或反转
)
，导通相应的定子相绕组的主开关元件。
对应相绕组中有电流流过，产生
磁场
;
磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。
当转子
转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合
(
平衡位置
)
时，电磁转矩消失。此时
控制器根据新的位置
信息，在定转子即将达到平衡位置时，向功率变换器发出命令，关
断当前相的主开关元件
，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置转动
;
这样，控
制
器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就
可产生连续的同转向的电磁转矩，
使转子在一定的转速下连续运
行
;
再根据一定的控制策
略控制各相绕
组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最隹状态下运行。
图
1
三相
sr
电动机剖面图
从上面的分析可见，
电流的方向对转矩没有任何影响，
电动机的转向与电流方向
无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。若通电顺序改
变，则电机的转向也发生改变。为
保证电机能连续地旋转，位置检测器要能及时给出定转
子极间相对位置，使控制器能及
时和准确地控制定子各相绕组的通断，使
srm
能产生所要求的转矩和转速，达到预计的
性能要
求。
2.2
电路分析
图
2
中电源
vcc
是一直流电源，
3
个电感分别表示
srm
的三相绕组，
igbt1
～
igbt6
为与绕组相连的可控开关元件，
6
个二极管为对应相的续流二极管。
当第一
相绕组的开关
管导通时，电源给第一相励磁，电流的回路
(
即励磁阶段
)
是由电源正极→上开关管→绕
组→下开关管→电源负极，如图
2(a)
所示。开关管关断时，由于绕组是一个电感，根据
电工理论，电感的电流不允许突变，
此时电流的续流回路
(
即去磁阶段
)<
/p>
是绕组→上续流
二极管→电源→下续流二极管→绕组，如图
2(b)
所示。
图
2
srm
电路工作示意图
2.3
能量转换关系
当忽略
铁耗和各种附加损耗时，
srm
工作时的能量转换过程为
:
通电相绕组的电感处在电感上升区域内
(<
/p>
转子转
向“极对极”位置
)
，当开关管导通时，输入的净电能一部分转化为磁场储能，一部分转化为机械能输出
< br>;
当开关管关
断时，
绕组电流通
过二极管和电源续流，
存储的磁场储能一部分转化为电能回馈电源，
另一部分则转化为机械能输出。
2.4
sr
电动机的运行特性
[1][2]
sr
电动机运行速度低于
ωfc(第一临界速度
)
的范围内，为了保证
ψmax
和
i
不
超过允许值，采用改变电压、导通
角和触发角三者中任一个或任两个，或三者同时配合
控制。当
s
r
电动机在高于
ωfc
范围运行时，在
外加电压、导通角和触发角都一定的条
件下，随着转速的增加，磁链和电流将下降，转矩
则随着转速的平方下降
(
如图
3
中细实
线
)
。为了得
到恒功率特性，必须采用可控条件。但是外施电压最大值是由电源功率变换
器决定的，而
导通角又不能无限增加
(
一般不能超过半个转子极距
)
。因此，在电压和导