开关磁阻电机调速系统仿真研究文献综述

 2022-11-17 10:25:15

文 献 综 述

1 研究背景和意义

SRM(Switched Reluctance Motor)一词来源于美国学者S.A.Nasar1969年所撰写的论文,文中描述了这种电机的基本特征:1.开关性:电机必须工作在一种连续的开关模式,这就是这种电机只有在出现各种新型功率半导体器件后才能发展的原因所在;2.磁阻性:它是一种双凸极电机,定、转子具有可变磁阻回路。

根据SRM电机的结构特点,其具有结构简单、成本低、适用于高速;各相独立工作,系统可靠性高;功率电路简单可靠的优点。同样,SRM电机调速系统也存在着一些自身的不足,例如能量转换密度低、转矩脉动较大、噪声问题等。20多年来,SR电机的研究在国内外取得了很大的发展,但作为一种新型调速驱动系统,研究的历史还较短,其技术涉及到电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科领域,加之其复杂的非线性特性,导致研究的困难性。

随着电力电子技术和控制技术的快速发展,开关磁阻电机调速系统在性能上日益完善,在调速领域显示出了其独特的优越性,有着广泛的发展前景。但是同时因为开关磁阻电机电机的转矩脉动和噪音相对较大和必须配合控制器才能运行等缺点,又限制了其在一些特定场合的应用。因此,开关磁阻电机调速系统的理论研究和应用研究都有着重要的意义。

2 国内外研究状态

磁阻式电动机最早可以追溯到19世纪40年代,即所谓的“电磁制动机”。1842年,英国的Aberdeen和Davidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的电动车,其原理与现在的SR电机很相似。但是由于当时的条件所限,采用的是机械开关,其运行特性、可靠性和机电能量转换效率都十分低下,所以一直没有得到应有的重视。20世纪60年代,随着大功率晶闸管的使用,SR电机才重新焕发出生机。

20世纪70年代中期,英国Leeds大学和Nottingham大学以电动车为目标共同研制开关磁阻电机调速系统,其样机容量从10W~50kW,转速从750~10000r/min。1980年Lawrenson等系统地介绍了他们的工作成果,阐述了SR电机的原理及其设计特点,从而在国际上奠定了现代SR电机的地位。1993年,英国Tasc Drives公司推出第一台商品化SRD——Oulron传动装置(7.5kW,1500r/min);1984年又推出4~22kW4个规格的系列产品。各国学者将SRD与各类调速系统,特别是已得到推广的异步电机变频调速系统的各项综合性能进行了比较分析,得出的结论是SRD系统的综合性能指标达到或超过了这些传统调速系统[1]。

我国从1984年起,以较高的起点开始SR电机调速系统的研究、开发工作,并被列入中小型电机“七五”科研规划项目,在借鉴国外经验的基础上,经过十多年的努力,目前已经研制了50W~30kW、20多个规格的工业产品样机,在纺织机械、毛巾印花机以及轻型龙门刨床和食品加工等方面的应用中取得了良好的效果,国内有关SRD研究的学术著作也相继出版[2]。但应该看到,目前我国SR电机的理论研究和实际应用都存在较大的不足和差距。

为了提高电机的运行性能,许多学者从不同角度提出了各种方案,概括起来有以下两种:

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