高速开关磁阻电机换相技术研究及功率变换器设计文献综述

 2023-11-07 09:11

文献综述

1、课题研究的现状及发展趋势

1.1课题研究现状

开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drive,SRD)是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型调速电机驱动系统,其以结构坚固、调速范围宽、调速性能优异,而且在整个调速范围内都具有较高的效率,系统可靠性高等特点,成为各国研究和开发的热点之一。开关磁阻电动机工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合,从而迫使磁路上的导磁体运动到使磁阻最小的位置为止。通电后,磁路有向磁阻最小路径变化的趋势。当转子凸极与定子凸极错位时,气隙大、磁阻大;一旦定子磁极绕组通电,就会形成对转子凸起的磁拉力,使气隙变小—磁路磁阻变小。与此同时用电子开关按一定逻辑关系切换定子磁极绕组的通电相序,即可形成连续旋转的力矩。开关磁阻电机是通过各相绕组依次通电拉动转子旋转,因此SRM的转动严格依赖各相绕组的开通与关断。SRD中为了实现各相绕组的开通与关断,离不开特定的功率变换器。功率变换器是SRM运行时所需能量的供给者,是系统的中枢执行机构。在整个SRD成本中,功率变换器占有很大的比重,合理选择和设计功率变换器是提高 SRD 性价比的关键之一。

功率变换器是SRM运行时所需能量的供给者,是连接电源和电动机绕组的功率开关器件。80年代初,主开关器件皆用SCR。但SCR无自关断能力,开关频率低,强迫换相电路成本高,可靠性差。后来较多应用 GTR,但GTR承受浪涌电流能力差,存在二次击穿问题,不易保护,限制了其在高压、大功率场合下的应用。80年代中期,结合了SCR、GTR两者优点的GTO受到重视。因GTO兼有自关断、快速开关能力,能承受较GTR高的电流、电压。近年来,小功率SRD中常用MOSFET,较大功率则采用IGBT。功率变换器的拓扑结构与传统逆变器有很大差异,具有多种形式,并且与开关磁阻电动机的相数、绕组连接形式有密切的关系。在经典功率变换器中,最常见的拓扑结构有:不对称半桥型、公共开关型等。

由于SRM的双凸极结构和电磁转矩的非线性特性,传统交直流电机的控制策略和控制方法难以适用于SRM控制要求。为了提高SRM系统的调速性能及满足工业应用,国内外研究者从双凸极特性、电磁转矩和电流的非线性关系及控制参数的鲁棒性要求等,设计了各种控制策略,其中最具代表性的控制策略主要有以下四种:

1、基于转矩分配函数的控制策略

2、直接转矩控制策略

3、智能控制策略

4、其它控制策略

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