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电动汽车的心脏——电机知识科普之开关磁阻电
日期:2017-12-01 09:27
  开关磁阻电机从发展历程看,时间比较短,算是新生代,它诞生在上世纪80年代,至今也就三十多年,是一种新型调速电机。开关磁阻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。它的结构简单、坚固、维护方便甚至免维护,起动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好,在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。我国对开关磁阻电动机调速系统的研究与试制起步于20世纪80年代末90年代初,取得了从基础理论到设计制造技术多方面的成果与进展,但产业化及应用性研究工作相对滞后。由于SRD的产业化,人们通常将其产品称为“开关磁阻调速电动机”。
 
  SRD系统(Switched Reluctance Drive system, SRD)
 
  开关磁阻电动机调速系统主要由开关磁阻电动机(SRM)、功率变换器、控制器、转子位置检测器四大部分组成。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。
 
  开关磁阻电动机调速系统所用的开关磁阻电动机(SRM)是SRD中实现机电能量转换的部件,也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。SRM系双凸极可变磁阻电动机,其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组,径向相对的两个绕组联接起来,称为“一相”。电动机可以设计成多种不同相数结构,且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多、步距角小,有利于减少转矩脉动,但结构复杂,且主开关器件多,成本高,现今应用较多的是四相(8/6)结构和三相(12/8)结构。
 
  通过控制加到电动机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置(即导通角、关断角),即可控制电动机转矩的大小与方向,这正是SR电动机调速控制的基本原理。
 
  由于结构特点,开关磁阻电动机传动系统综合了感应电动机传动系统和直流电动电机传动系统的优点,其主要优点如下:
 
  1、电机结构简单、坚固,制造工艺简单。成本低,转子仅由硅钢片叠压而成,可工作于极高转速;定子线圈为集中绕组,嵌放容易,端部短而牢固,工作可靠,能适用于各种恶劣、高温其至强振动环境。
 
  2、损耗主要产生在定子,电机易于冷却;转子无永磁体,允许有较高的温升。
 
  3、转矩方向与相电流方向无关,从而可减少功率变换器的开关器件数,降低系统成本。
 
  4、功率变换器不会出现直通故障,可靠性高。
 
  5、起动转矩大,低速性能好,无异步电动机在起动时所出现的冲击电流现象。
 
  6、调速范围宽,控制灵活,易于实现各种待殊要求的转矩速度特性。
 
  7、在宽广的转速和功率范围内都具有高效率。
 
  8、能四象限运行,具有较强的再生制动能力。
 
  主要的不足有:
 
  1、转矩脉动。从工作原理可知,开关磁阻电动机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而成的,由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响,合成转矩不是恒定转矩,而有一定的谐波分量,影响了电动机低速运行性能。
 
  2、传动系统的噪声与震动比一般电动机大。
 
  3、电动机的出线头较多,如三相SR 电动机至少有四根出线头,四相SR电动机至少有五根出线头,而且还有位置检测器出线端。对于整体的线路布局有影响。
 
  4、控制部分相对比较复杂,一定程度上提升了整体成本。

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