四、开关磁阻电动机
1.开关磁阻电动机的性能
开关磁阻电动机(SDR)是一种新型调速电动机,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,在电动机的转子上,没有滑环、绕组等转子导体和永久磁铁等,如图25所示。开关磁阻电动机的定子和转子都是凸极结构,只在电动机的定子上安装有简单的集中励磁绕组,励磁绕组的端部较短,没有相间跨接线,磁通量集中于磁极区,通过定子电流来励磁。各组磁路的磁阻随转子位置不同而变化,转子的运转是依靠截引力来运行,转速可以达到15000r/min,在较宽的转速范围和较宽的转矩范围内效率可以达到85%~93%,比三相感应电动机要高,其转矩一转速特性好,在较宽的转速范圈内,转矩、转速可灵活控制,调速控制较简单,并可实现四象限运行。有较高的启动转矩和较低的启动功率,开关磁阻电动机功率密度高,结构简单坚固,可靠性好,但转矩脉动大,控制系统较复杂,工作嗓声大,体积比同样功率的感应式电动机要大一些。
现今,开关磁阻电动机的应用和发展取得了明显的进步,已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域,功率范围从10W~5MW,最大速度高达100000r/min。
2. 开关磁阻电动机的结构
开关磁阻电动机的定子和转子彩用凸极结构,定子和转子都是由硅钢片叠片组成的。开关磁阻电动机的定子和转子极数不同,有多种组合方式,最常见的有四相S/6结构和三相6/4结构。其中,三相开关磁阻电动机的定子上有6个凸极,转子上有4个凸极,这就是三相6/4结构。四相开关磁阻电动机的定子上有8个凸极,转子上有6个凸极。在定子相对称的两个凸极上的集中绕组互相串联,构成一相,但在转子上没有任何绕组。因此,定子上有6个凸极的为三相开关磁阻电动机,定子上有8个凸极的为四相开关磁阻电动机,如此类推,由于开关磁阻电动机的定子凸极数量不同,形成不同极数的开关磁阻电动机。开关磁阻电动机的结构方案如表2所示。
图26(a)所示为三相6/4凸极结构的开关磁阻电动机的定子和转子结构剖面示意图,图26(b)所示为三相12/8凸极双绕组结构的开关磁阻电动机的定子和转子结构剖面示意图,图26(c)所示为四相8/6凸极结构的开关磁阻电动机的定子和转子结构剖面示意图。
3. 开关磁阻电动机的工作原理
图27所示是三相开关磁阻电动机的剖面,从图27中可以看出如果按A、B、C的顺序向定子绕组轮流通电,定子便产生按顺序变换的磁场,此时,电动机的转子就会连续不断地逆时针转动.如果反过来按A'、C'、B'、C' 改变定子绕组通电顺序,则开关磁阻电动机转子就可以改变转动的方向。图27中的三相开关磁阻电动机定子的凸极数为6个,转子的凸极数为4个,当A、B、C三相轮流通电1次时,转子共转耐2步进角。如果改变电流的大小,则可改变电动机转矩的大小,进而改变电动机的转速。如果控制在转子极离开定子极通电,即可产生与转子旋转方向相反的制动转矩。
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