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開關磁阻電機調速系統

開關磁阻電機調速系統

發布日期:2015-02-28 18:35 來源: 點擊:

   開關磁阻電機調速系統(SRD)是當今世界最新、性能價格比最高的調速系統。它是一種基于改變供電電源頻率的調速方式——交流變頻調速系統應運而生。而開關磁阻电机调速系統(又称開關磁阻電機驅動系統)简称SRD系統,是它们中崭新的一种系統,并且已经是智能化和模塊化,不仅调速性优越,而且各种保护功能也很完善,已在很多方面大量使用。这项技术一经问世,便以其宽广的调速范围,良好的机械特性,卓越的启动制动性能,节能,易维护等一系列突出优点而引起电气及其他男人的天堂的关注。SRD系統是磁阻电动机和電力電子技術相結合而産生的一種機電一體化裝置,主要由SRM開關磁阻电动机、功率變換器、單片機(或DSP芯片)、电流及位置检测器等五大部分组成。其组成与特点: 1.1開關磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM) 是系統中实现能量轉換的部件, 它与传统的磁阻电动机相比,具有本质的区别。在结构上,SRM采用双凸极形式,即定子、轉子均爲凸極式構造;定子線圈采用集中式而不是分布式繞組;加在定子繞組上的電壓爲不連續的矩形波而非連續的正弦波轉子僅由矽鋼片疊壓而成,既無繞組也無永磁體,定子各極上繞有集中繞組。圖2所示爲8/6極(定子八極轉子六極)四相SRM剖面圖. SRM有两种独特的运行方式:低速时采用电流斩波方式;高速时采用单脉冲角度控制方式。在电流斩波方式中,系統是通过调节相繞組电流的大小来控制轉矩,因此能准确知道繞組中实际电流的大小,对电流进行反馈是很必要的;在角度位置控制方式中,系統通过调节触发角和关断角来实现对轉矩的控制,此时电流己不再作为控制量,但为了防止系統过载或故障则要进行過流保護,所以系統中需要进行电流检测。 1.11開關磁阻电动机(SRM)工作原理遵循“磁阻最小原理”,通电后,磁路有向磁阻最小路径变或化的趋势。当轉子凸极与电子凸极错位时,气隙大、磁阻大:一旦定子磁极繞組通电,就会形成对轉子凸起的磁拉力,使气隙变小一一磁路磁阻变小。与此同时用电子開關按一定逻辑关系切换定子磁极繞組的通电相序,即可形成連續旋轉的力矩。開關磁阻调速电动机的调速功能是由開關磁阻电动机轉子位置检测器、功率变换器和控制器(即单片机或DSP芯片)共同配合實現的。 

为開關磁阻电动机的机械特性,至所以说它机械特性好是因启动轉矩大于额定轉矩的2-3倍。功率变换器是開關磁阻电动机-运行时所需能量的提供者,是连接电源和电动机繞組的開關部件。通过它将电源能量馈入电机,也可将电机内的磁场储能反馈回电源,其功率变换电路所用的開關部件为快速绝缘栅雙極型晶體管(IGBT)。 理论与实践证明:SRD系統在单位体积轉矩值、效率、逆變器伏安容量及其性能參數上,可與目前的變頻調速系統竞争。该机种在轉矩/轉動慣量的比值上占有较大的优势,特别是两种临界转速的,使可变范围广,可控因素多,是一种较理想的新型调速系統。 随着科技能力的不断进步,以及半导体集成控制技术水平的提高,SRD系統已有了系列化男人的天堂,其多种中小功率SRD系統在不同的工业部门和家用電器中得到应用。 2、SRD系統的特性  主要表现在: *啓動電流小(≤30%額定電流),启动轉矩大,大于额定轉矩的2--3倍; *调速范围广;调速比大于20:1,调速平滑无极; *负载特性好;稳定精度高,在负载大小变化时,转速保持不变其稳速精度≤正负0.5%; *系統效率高,从低速、中速到高速,系統效率均达到85%以上; *机械结构牢固,可免维护运行; *具有启动时低电流、大轉矩的特性,其电动机和控制器在启动过程中电流冲击小,发热较连续额定运转时还小; *在制动运行和电动运转时,同样具有优良的轉矩输出能力和工作特性。因此,适用于频繁启动或频繁正反转运行的场合,转换频率可达1000次/h。正因为具有以上特点,所以能开发应用的领域相当广泛。 3、開關磁阻電機调速系統(SRD)的应用 開關磁阻電機调速系統(SRD)的应用范围非常广泛,随着科技能力的不断进步,以及半导体集成控制技术水平的提高,SRD系統已有了系列化男人的天堂,其多种功率SRD系統在不同的工业部门和家用電器國防軍工中得到應用。如需頻繁啓動、停止、快速頻繁正反轉及需在很寬範圍內調速的設備。如機械男人的天堂龍門刨床銑床,冶金男人的天堂的可逆軋機、飛鋸、飛剪、電弧爐的電極升降,科研試驗設備、醫療設備、食品、印刷機械、汽車、電力機車空間技術家用電器等。 3.1在龍門刨床中的應用 龍門刨床是加工大面積金屬平面的常見機床,其切削過程爲:橫梁和側刀架在立柱上移動,垂直刀架在橫梁上左右移動,工件所在的工作台導軌上作直線往複運動。單就工作台的傳動電機則要求:*能頻繁快速地實現啓動、制動及正反旋轉,並能在直線往複運動中自動平穩地變換速度。*能在≥20的速比範圍內平滑地調速。*能在工件吃刀後,不低于吃刀前速度的95%。*在任一速度下換向時,沖擊電流限制在允許值內。*工作台在往复换向时切削点过切刀的距离不超过7一Bom,并能实现良好地制动。 过去多采用直流電動機和直流调速系統,虽然在性能上满足了需要,但缺点是:结构复杂,体积大,操作麻烦,维护量多,效率低,能耗高。近年来,使用了SRD后,省去了減速器,简化了结构,方便了操作,减少了能耗,降低了成本。 3.2 用于纺织“探边”设备 经过纺织男人的天堂的“探边” 与“对中”设备的实践使用,取得了较好的效果。对作为“探边”设备的动力,其反应速度小于0.3s,即电动机运转时,接到指令后,能在0.3s内实现反转,并要求在24小时内连续频繁运转,同时要求在较宽广范围内进行无级调速。这些功能都是在變頻調速系統难以实现的。 3.3 用于家用電器: 将克服当今洗衣机和空调机、电冰箱的缺陷,成为更完善新一代男人的天堂。 3.3.1 目前世界上使用面广的现代洗衣机主要有二大类:一是波轮式全自動洗衣機,二是滾筒式全自動洗衣機。這兩類洗衣機對電動機有共同的性能要求:即洗滌時要電機低速旋轉,且能適應頻繁正反轉;脫水時要電機高速旋轉。爲此,它們均采用一種2極/16極變極雙速單相異步電動機,勉強達到使用要求,但存在著調速性能差與效率低(一般均在30%以下)、啓動電流大(特別是作頻繁正反轉洗滌狀況時竟達到額定電流的7--8倍以上)。 而采用SRD系統代替原2极/16极变极双速單相異步電動機,则可以克服上述缺陷。因SRD系統有宽广的调速范围,可以使“洗涤”与“脱水”均工作在最佳的转速上;SRD 系統良好的启动性能可消除洗涤过程中啓動電流对电网的冲击,使冼涤、换向平稳无噪声;实现全部调速范围的高效率,大大减少耗电量。 3.3.2空调、电冰箱的核心部件都是压缩机,大都是由單相異步電動機带动压缩机,作二位置式的通断控温,因而系統效率与功率因數均低,並且溫度的起伏範圍大。況且啓動時因電流大對電網有嚴重的沖擊。雖則近年來有“變頻空調”新男人的天堂,它采用异步电动變頻調速系統取代单相異步電機空调机并获得了制冷速度快、运行噪音小,效率高,节能等一系优越性,但由于變頻調速系統通常运行在中、低速时,机械特性差,系統效率和功率因素下降明显。而变频空调系統的壓縮機電機恰恰大多數時間運行在中、低速,僅在剛剛開啓才會運行在高速,所以這給變頻空調的节能优越性大大地打了个折扣。反之SRD系統具有优良的调速性能,有更高的电能--機械能转换效率,特别是在中低速时,优势尤为突出。从而能有效的克服了變頻調速系統的弊端,使节能更为有效。一般情况下,空调均是高耗能型家电,如果能节5%能以上,必将会获得较大的经济与社會效益。 3.4在电动车与驱动上的应用 由于燃油汽车废气严重污染环境,故发展和完善无污染的电动车是社会的必然。而发展电动车除了随车的蓄電池要有高能量密封之外,再则就是要有性能和效率很优越的电动机调速系統作动力。而SRD系統高效率、高可靠性、宽广的调速范围,卓越的启、制动性能,它是各类电动车最理想的动力之一。 除此以还,国外还在下列车辆中开发使用: 電動自行車電動摩托車、公共汽車、輪椅車高爾夫球車、割草機、小型電動汽車。 3.5高速运行应用场合的开发 由于SRM电动机具有坚固性和需要相对低的開關频,所以在叠片性能和轴承满足的条件下可作高速传动与运行,为此作为开发高速SRD系統又是一个应用方向。据有关资料,美国为空間技術应用研制了25000r/min、90Kw的高速SRD样机,其电动机有效材料仅为10Kg。 4、結束語 虽然SRD系統系統在我国出现较晚,産業化工作滞后,它的特点目前尚未被广大用户所了解,但由于SRD系統具有十分优良的控制性能,从而使得某些领域可取代现在仍广泛采用的交流變頻調速系統,特别是在一些现有调速系統难以胜任的场所,发挥作用。为此,可以肯定開關磁阻电动机调速系統可望在21世纪尽显光彩。


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