【正文】 下降沿的捕獲，運用 T 方法 (測出相鄰的兩個捕獲信號之間的間隔時間來計算轉(zhuǎn)速的方法 )，進行電動機轉(zhuǎn)速的計算，可實現(xiàn)速度信號的反饋。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 一個轉(zhuǎn)子周期內(nèi)位置信號與相電感對應(yīng)變化 當(dāng)電動機旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)被齒盤遮住與否，兩個光電傳感器通過外圍電路輸出兩路相位分別相差 015 的基本信號，經(jīng)過整 形、濾波可以獲得比較好的方波信號。位置感器的輸出是由齒盤凸極遮擋光電器件的光線來實現(xiàn)的。 圖 8/6 四相開關(guān)磁阻電機位置檢測圖 一般情況下，光電傳感器件在夾角為 075 時放置在 A 相軸線兩側(cè) 處，夾角 015情況下則其中一個光電傳感器件放在靠近 A 相軸線處與之成 角處。轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)子軸上，具有與轉(zhuǎn)子凸極和凹槽數(shù)相等的凸齒和凹槽，而且它們成均勻分布結(jié)構(gòu)都為 030 ，即外弧的弧長相等；光電傳感器件由光發(fā)生部件和光敏三極管接受電路組成，固定在定子或者機殼上轉(zhuǎn)盤與電機同步旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)盤的遮光、透光使光敏元件產(chǎn)生導(dǎo)通和關(guān)斷信號。前者所用的光電傳感器的個數(shù)與開關(guān)磁阻電機的相數(shù)相同，后者所用個數(shù)為相數(shù)的一半。綜合采用有效的電機控制策略，減少轉(zhuǎn)矩脈動降低噪聲，實現(xiàn)電機優(yōu)良的調(diào)速性能。它綜合位置檢測器、電流檢測器提供的電動機轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等反饋信息及外部輸入的命令，然后通過分析處理，決定控制器策略，向 SRD 系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器發(fā)出一系列執(zhí)行命令，進而控制SR 電動機運行，達到控制目的。 圖 不對稱半橋功率變換主電路 （資料來源： 張全柱 ,郝榮泰 ,鄧新華 .開關(guān)磁阻電機的幾種功率變換器拓撲的性能分析 [J]電氣傳動自動化 , 1995.） 這種不對稱半橋型線路具有如下的特點： (1)各主開關(guān)管的電壓定額為 Vs ； (2)由于主開關(guān)管的電壓定額與電動機繞組的電壓定額近似相等，用足了主開關(guān)管的額定電壓，有效的全部電源電壓可用來控制相繞組電 流； (3)由于每相繞組接至各自的不對稱半橋，每相需要兩個主開關(guān)管和兩個二極管，相與相之間是完全獨立的，故這種結(jié)構(gòu)對繞組相數(shù)沒有任何限制，適合任意相數(shù)電機，不存在上、下橋臂直通的故障隱患。其中，上下兩只主開關(guān)管是同時導(dǎo)通和關(guān)斷的。 (4) 不對稱半橋型 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 為本系統(tǒng)所采用的不對稱半橋型三相 SR 電機功率變換器主電路。但這一變化也給本電路帶來了特有的好處，即可以實現(xiàn)零壓續(xù) 流，提高系統(tǒng)控制性能。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 電容裂相型 （資料來源： 張全柱 ,郝榮泰 ,鄧新華 .開關(guān)磁阻電機的幾種功率變換器拓撲的性能分析 [J]電氣傳動自動化 , 1995.） 圖 H 橋型功率變換主電路 （資料來源： 張全柱 ,郝榮泰 ,鄧新華 .開關(guān)磁阻電機的幾種功率變換器拓撲的性能分析 [J]電氣傳動自動化 , 1995.） (3) H 橋型 圖 H 橋型功率變換主電路，這一電路可認為是上述電容裂相型電路取消了電容器分壓構(gòu)成的雙電源，并將電動機四相繞組中點浮空而形成的。因為兩個裂相電容上的電壓需要保持 平衡，所以同兩個電容并聯(lián)的繞組數(shù)應(yīng)相等，且上下橋的電容只能輪流或者同時給電動機的繞組供電，因而這種主電路結(jié)構(gòu)只適用于偶數(shù)相的開關(guān)磁阻電機。 (2)電容裂相型 圖 電路出現(xiàn)較早，在一個時期內(nèi)應(yīng)用比較廣，是一種比較成熟的主電路結(jié)構(gòu)。缺點是主副繞組之間不可能完全耦合，主 開關(guān)元件關(guān)斷時會產(chǎn)生較高的沖擊電壓，對主開關(guān)元件的額定工作電壓要求比較高，并需有良好的吸收網(wǎng)絡(luò)；同時由于電動機采用雙繞組結(jié)構(gòu)，繞組利用率下降，銅耗增加、體積增大。該電路主開關(guān)元件的額定工作電壓為 2(1+D)SV ，其中 SV 是整流橋輸出的峰值電壓， D 是開關(guān)元件關(guān)斷時的過電壓系數(shù)，功率變換器的伏安容量為 2m(1+D)mI ， m 為電動機的相數(shù)， mI 為電動機的峰值電流。下面扼要介紹開關(guān)磁阻電機幾種常見功率變換器的線路，進行對比分析 。 功率變換器的拓撲結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)逆變器有很大差異，具有多種形式，并且與開關(guān)磁阻電動機的相數(shù)、繞組連接形式有密切的關(guān)系。當(dāng)前電力電子經(jīng)過多年的發(fā)展，可供選擇的功率器件主要有普通晶閘管、可關(guān) 斷晶閘管（ GTO）、功率晶體管（ GTR）、功率 MOS 場效應(yīng)管（ MOSFET）、 絕緣柵雙極晶體管（ IGBT） 。然而， SR 電機的工作電流、電壓波形系統(tǒng)的運行條件及電動機設(shè)計參數(shù)的制約，很難準(zhǔn)確預(yù)料。 功率主開關(guān)器件 SR 電機的繞組只需要單方向電流，但應(yīng)能迅速從電源接受電能，又能迅速向電源回饋能量。 檢測單元由位置檢測和電流檢測環(huán)節(jié)組成。 控制器是系統(tǒng)的中樞，綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對 SRM 運行狀態(tài)的控制。由于 SRM 繞組電流是單向的，使得其功率變換器主電路非常簡單，其結(jié)構(gòu)形式與 SR 電動機的相數(shù)、繞組形式有關(guān)，功率變換器的結(jié)構(gòu)和開關(guān)器件的選擇直接影響到 SRD 系統(tǒng)的性能和成本。采用雙凸極結(jié)構(gòu)就是要使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁路的磁阻要盡可能大地變化。 圖 SRD 系統(tǒng)框圖 SRM 是 SRD 中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是 SRD 有別于其他電動機驅(qū)動系統(tǒng)的主要標(biāo)志。 ④ 每相主開關(guān)器件數(shù)目最少。 ② 磁場儲能盡可能地轉(zhuǎn)換為機械能輸出，當(dāng)向電源回饋時應(yīng)高效、快速 。隨著研究深入，這種觀點不再特別突出，主要原因是各種以減少主開關(guān)器件數(shù)目的拓撲結(jié)構(gòu)在減少主開關(guān)器件數(shù)目的同時，又引進了其他諸如電容、電感等無源儲能元件以及輔助開關(guān)器件，系統(tǒng)的體積與成本并未顯著降低，其實質(zhì)只是通過增加單個主開關(guān)器件的容量來減少主開關(guān)器件的數(shù)目。 SRD 系統(tǒng)功率變換器是由一定數(shù)量的電力電子器件按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)組合而成。但隨著微電子技術(shù)和高級控制技術(shù)的發(fā)展，這些控制技術(shù)必將在 SRD 系統(tǒng)中得到切實應(yīng)用。一些現(xiàn)代的控制理論和方法在 SR 電機的控制中也得到了應(yīng)用，如模糊控制、模糊控制與 PI 控制結(jié)合在一起的混合式調(diào)節(jié)、滑?？刂?，自適應(yīng)控制、線性回饋控制以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。但是隨著各種控制理論在傳統(tǒng)電機調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的研究日益深入，它們在 SRD 系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸增多。由于 SRD 控制參數(shù)多、電機模型復(fù)雜，使得優(yōu)化過程計算量大，而且得到的只是針對單個系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果。因此，研究抑制 SR電動機的振動和噪聲也是改善 SRD 性能的重要課題之一。 (5)振動和噪聲研究 包括從電動機的設(shè)計和控制器軟、硬件兩方面來提高系統(tǒng)效率、降低噪音和轉(zhuǎn)矩波動， 加強對轉(zhuǎn)矩波動及噪聲的理論研究。 SR 電機的鐵損耗常常是影響效率的主要方面，尤其在斬波工作狀態(tài)及高速運行時，鐵損耗是較為可觀的。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 (4) 鐵損耗分析與效率研究 SRD系統(tǒng)堪稱是高效率調(diào)速系統(tǒng)，但 SR電機的鐵損耗計算是難度較大的課題之一。 (3) 新型控制技術(shù)的應(yīng)用 高性能 DSP 和專用集成電路 (ASIC)的應(yīng)用為 SRD 系統(tǒng)的高性能控制提供了可靠的硬件保證。因此，國內(nèi)外許多學(xué)者開始研究無位置檢測方案，如電流波形檢測及由此變形而來的非通電相加瞬間脈沖激勵的電感簡化計算、狀態(tài)觀測器檢測、利用相磁鏈 、相電流與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系解算轉(zhuǎn)子位置、利用相間互感與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系檢測、電容式位置檢測技術(shù)、加測試線圈的檢測等方案。到目前為止國內(nèi)外實際應(yīng)用中轉(zhuǎn)子位置檢測多數(shù)是直接利用諸如光電式、磁敏式或霍爾式位置傳感器，所用傳感元件的數(shù)目也因相數(shù)的增加而增加。 開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的研究動向及應(yīng)用 目前， SRD 系統(tǒng)的研究主要涉及以下幾個方面： (1) SRD 系統(tǒng)的優(yōu)化 SRD 系統(tǒng)是由 SR 電機及其控制裝置構(gòu)成的不可分割的整體，因此，在設(shè)計時必須從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，對電機模型和控制系統(tǒng)綜合考慮，進行全局 優(yōu)化。 (4) 需要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子相對位置投勵。由轉(zhuǎn)矩 波動 所導(dǎo)致的嗓聲及特定頻率下的諧振問題也較為突出。 (2) 轉(zhuǎn)矩 波動 較大，通常 SR 電動機轉(zhuǎn) 矩 波動 的典型值為 177。如 ： 造紙機、漿紗機、采煤機、礦用運輸機、電牽引采煤機、電機車牽引及局部風(fēng)機和水泵等、家用電器和機器人上。 (5) SRD 系統(tǒng)可靠性高、適用范圍廣 SR 電機不會發(fā)生感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子籠斷裂或燒熔的故障，再加上 SR 電機采用簡單而堅固的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由單極性功率變換器供單方向電流激勵，可做到磁路上各相相互獨立和電路上各相相互獨立， 因此，該系統(tǒng)具有較高的運行可靠性和容錯能力。 (4) SRD 系統(tǒng)可控參數(shù)多，控制方式簡單 控制開關(guān)磁阻電動機的主要常用方法有以下幾種 ： 控制相繞組電壓，控制相電流幅值，控制開通角、關(guān)斷角。其系統(tǒng)效率在很寬的速度范圍內(nèi)都在 87%以上，這是其它一些調(diào)速系統(tǒng)不易達到的。 (3) SRD 系統(tǒng)效率高、起動轉(zhuǎn)矩大 SRD 系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)中每個功率開關(guān)器件均直接與電動機繞組相串聯(lián)，避免了直通短路現(xiàn)象。 (2) SRD 系統(tǒng)中功率電路結(jié)構(gòu)簡單可靠 SR 電動機的轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流的方向無關(guān)，只需單方向來對繞組供電，故功率電路結(jié)構(gòu)簡單，可以做到每相只需一個功率開關(guān)器件。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 開關(guān)磁阻電機的特點 SRD 調(diào)速系統(tǒng)之所以被越來越多的人所關(guān)注，是因為其本身有許多自己的特點和優(yōu)點 ： (1) SRM 結(jié)構(gòu)簡單、優(yōu)點 較 多 SRM 是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置， 有 其突出的優(yōu)點 ：首先， 電機無碳刷和換相器，轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，制造成本低且轉(zhuǎn)子的機械強度高，使得電 動機可高速運轉(zhuǎn)而不致變形 ； 另外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，易于加、減速。紡織機械研究所將 SRD 應(yīng)用于毛巾印花機、卷布機，煤礦牽引及電動車輛等，取得了顯著的經(jīng) 濟效益。 SRD 系統(tǒng)的研究已被列入我國中、小型電機 “ 八五 ” 、 “ 九五 ” 和 “ 十五 ” 科研規(guī)劃項目。經(jīng)濟型小功率 SRD 也有著廣闊的市場。另外， SRD 在低壓、小功率的應(yīng)用場合大大優(yōu)于普通的異步電動機和直流電動機。 SRD 的應(yīng)用范圍當(dāng)然不會僅僅局限于牽引運輸。 SRD 作為一種新型調(diào)速系統(tǒng)，兼有直流傳動和普通交流傳動的優(yōu)點，正逐步應(yīng)用在家用電器 、 一般工業(yè) 、 伺服與調(diào)速、牽引電動機、高速電動機、航天器械及汽車輔助設(shè)備等領(lǐng)域。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，在電氣傳動界引起不小的反響。 1984 年 TASC驅(qū)動系統(tǒng)公司也推出了他們的產(chǎn)品。 1980 年在英國成立了開關(guān)磁阻電機驅(qū)動裝置有限公司 (SRD Ltd.)，專門進行 SRD 系統(tǒng)的研究、開發(fā)和設(shè)計。到1972 年進一步對帶半 導(dǎo)體開關(guān)的小功率電動機 (10W～ 1kW)進行了研究。并利用數(shù)學(xué)模型建立 SRD 系統(tǒng)的模型、 SRM 的模型、電流控制器模型、逆變器模型、角度控制模型，并通過 MATLAB 進行仿真，比較分析仿真波形與理想數(shù)學(xué)模型的差距。 開關(guān)磁阻電機在驅(qū)動調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時也在發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)受到越來越多的重視，引起了不少專家、學(xué)者的興趣。湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 開關(guān)磁阻作為一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，開關(guān)磁阻電機以其結(jié)構(gòu)簡單、低成本、高效率、優(yōu)良的調(diào)速性能和靈活的可控性，愈來愈得到人們的認可和應(yīng)用。目前已成功應(yīng)用于在電動車用驅(qū)動系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)應(yīng)用、伺服系統(tǒng)、高速驅(qū)動、航空航天等眾多領(lǐng)域中，成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力競爭者 。 本文首先介紹了開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng) (SRD)的發(fā)展 史 、 優(yōu)點 、 研究方向以及 應(yīng)用， 狀況，并對開關(guān)磁阻電動機的特點和電磁原理進行了闡述， 從基本的電磁規(guī)律出發(fā)，說明 SRD 的原理及相關(guān)理論。 關(guān)鍵詞： 開關(guān)磁阻 電機 數(shù)學(xué)模型 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT Switch magoresistance, as a kind of new speed drive system, switch reluctance motor with its simple structure, low cost, high efficiency, high speed and flexibility of controllability, more and more get recognized by people and application. Currently has been successfully used in electric vehicle drive system, household appliances, industrial application, servo system, highspeed drive, aerospace, etc, bee ac motor speed control system, dc motor speed control system and brushless dc motor control system of strong petitors. Switch reluctance motor driving speed in the field has been