一、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)基本概念
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Switched Reluctance Drive
：SRD），由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體(SRM)及其智能控制系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，是全球范圍內(nèi)最新一代高效電動(dòng)機(jī)，兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。
其電機(jī)部分由于是運(yùn)用了磁阻最小原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。由機(jī)殼、定轉(zhuǎn)子、電機(jī)軸和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器構(gòu)成。
智能控制系統(tǒng)，是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的大腦，它綜合轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等反饋信息及外部輸入的命令，通過(guò)在線分析處理，決定控制策略，向功率變換器發(fā)出執(zhí)行命令，控制磁阻電機(jī)運(yùn)行?？刂破饔晌⒖刂破?、數(shù)字邏輯電路及接口電路等構(gòu)成。
二、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展概況
1980年，Leeds大學(xué)的Lawrenson及其同事們發(fā)表論文《開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)》，標(biāo)志著開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)正式得到國(guó)際承認(rèn)。
作為一種高性能的新型調(diào)速系統(tǒng)，SRD問(wèn)世不久，引起各界的廣泛關(guān)注。美國(guó)、加拿大等國(guó)競(jìng)相發(fā)展，并在系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)、微機(jī)應(yīng)用、電動(dòng)機(jī)電磁分析、功率元件應(yīng)用、新型結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)等方面取得了很大進(jìn)展。
目前，SRD電機(jī)在國(guó)外已經(jīng)得到很大發(fā)展。產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、航空航天飛行器、高轉(zhuǎn)速電機(jī)、油田設(shè)備、通用工業(yè)（風(fēng)機(jī)、
泵、壓縮機(jī)等）、牽引電機(jī)等領(lǐng)域，功率范圍從10W到5MW不等，轉(zhuǎn)速上限高達(dá)20萬(wàn)轉(zhuǎn)。這也是國(guó)外這些領(lǐng)域的裝備性能領(lǐng)先于我國(guó)的根本原因之一。
我國(guó)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與試制起步于20世紀(jì)80年代，目前取得了從基礎(chǔ)理論到設(shè)計(jì)制造技術(shù)多方面的成果與進(jìn)展。迄今為止，已有十余家單位推出不同性能、不同用途的幾十個(gè)系列和規(guī)格的產(chǎn)品，應(yīng)用于油田、紡織、冶金、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的數(shù)十種生產(chǎn)機(jī)械和交通工具中。
但由于此種電機(jī)技術(shù)復(fù)雜，而我國(guó)從事此種電機(jī)研究的人員少、實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用人才少，加之國(guó)內(nèi)過(guò)這種電機(jī)的理解和認(rèn)識(shí)還不夠深入，因此，還沒(méi)有到普及的程度。然而，其劃時(shí)代的優(yōu)越性能決定了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全面進(jìn)入各種應(yīng)用領(lǐng)域是必然的，只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。
三、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理
1、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)基本結(jié)構(gòu)
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行單元，它的結(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)交直流電機(jī)有著根本的區(qū)別，其主要結(jié)構(gòu)分為五個(gè)部分，分別為定子、轉(zhuǎn)子、結(jié)構(gòu)件、位置傳感部分、散熱結(jié)構(gòu)部分。
定子部分主要包括定子鐵芯、繞組、槽楔、絕緣材料、電機(jī)引線等；轉(zhuǎn)子部分包括軸、轉(zhuǎn)子鐵芯；結(jié)構(gòu)件主要包括機(jī)殼、端蓋、軸承蓋、軸承、接線盒、接線柱、吊環(huán)等；位置傳感部分包括位置傳感器、導(dǎo)磁盤(pán)、信號(hào)線、密封結(jié)構(gòu)等；散熱部分包括風(fēng)葉、風(fēng)罩等。以SRM160L-12/8極結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖1：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)基本結(jié)構(gòu)
2、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)基本工作原理
以12/8極三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，上圖2表示該電機(jī)的橫切面和一相電路的原理示意圖，Sl、S2是電子開(kāi)關(guān)，Dl、D2是二極管，Us是直流電源。它的定子和轉(zhuǎn)子為雙凸極結(jié)構(gòu)，極數(shù)互不相等，定子繞組可根據(jù)需要采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合的形式在相應(yīng)的極上得到徑向磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊片構(gòu)成，無(wú)繞組，轉(zhuǎn)子帶有位置檢測(cè)器以提供轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，使定子繞組按一定的順序通斷，保持電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。電機(jī)磁阻隨著轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極的中心線對(duì)準(zhǔn)或錯(cuò)開(kāi)而變化，因?yàn)殡姼信c磁阻成反比，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁極中心線位置時(shí)，相繞組電感最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子極間中心線對(duì)準(zhǔn)定子磁極中心線時(shí)，相繞組電感最小。
當(dāng)定子A相磁極軸線OA與轉(zhuǎn)子磁極軸線Oa不重合時(shí)，如圖3，開(kāi)關(guān)S1、S2閉合，A相繞組通電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)建立起以O(shè)A為軸線的徑向磁場(chǎng)，磁通通過(guò)定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛等處閉合。通過(guò)氣隙的磁力線是彎曲的，此時(shí)磁路的磁導(dǎo)小于定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合時(shí)的磁導(dǎo)，因此，轉(zhuǎn)子將受到氣隙中彎曲磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁極的軸線Oa向定子A相磁極軸線OA趨近。
當(dāng)OA和Oa軸線重合時(shí)，如圖2，轉(zhuǎn)子已達(dá)到平衡位置，即當(dāng)A相定、轉(zhuǎn)子極對(duì)極時(shí)，切向磁拉力消失，轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)斷開(kāi)A相開(kāi)關(guān)S1、S2，閉合B相開(kāi)關(guān)，建立以B相定子磁極為軸線的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)磁拉力的作用下繼續(xù)沿著逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)15°，轉(zhuǎn)子磁極的軸線Ob向定子B相磁極軸線OB趨近,如圖4。依此類推，定子繞組A-B-C三相輪流通電一次，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)轉(zhuǎn)子極距δr，對(duì)于三相12/8極開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，δr=360°/8=45°。
可見(jiàn)，連續(xù)不斷地按A-B-C-A的順序分別給定子各相繞組通電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)軸線沿A-B-C-A的方向不斷移動(dòng)，轉(zhuǎn)子沿A-C-B-A的方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果按A-C-B-A的順序給定子各相繞組輪流通電，則磁場(chǎng)沿著A-C-B-A的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子則沿著與之相反的A-B-C-A方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
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