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开关磁阻电动机在电动汽车中的应用

时间:2016-11-22 20:00 来源:电工之家 作者:编辑部

【摘要】开关磁阻电动机在电动汽车中的应用 (1)开关磁阻电动机简介 开关磁阻电动机(Switched Reluctance Drive :SRD)是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统,是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术......

开关磁阻电动机电动汽车中的应用
(1)开关磁阻电动机简介
开关磁阻电动机(Switched Reluctance Drive :SRD)是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统,是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。
开关磁阻电机覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域,在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用(电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域)。
开关磁阻电动机工作原理:开关磁阻电动机的运行遵循“磁阻最小原理”——磁通总要沿磁阻最小的路径闭合。而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时,必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。
(2)开关磁阻电机特点
它的结构比其它任何一种电动机都要简单,在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等,只是在定子上有简单的集中绕组,绕组的端部较短,没有相间跨接线,维护修理容易。因而可靠性好,转速可达15000 r/min。效率可达85%~93%呢,比交流感应电动机要高。损耗主要在定子,电机易于冷却;转子元永磁体,易于实现各种特殊要求的转矩一速度特性,而且在很广的范围内保持高效率。更加适合电动汽车动力性能要求。
开关磁阻电机还具有在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象运行、响应速度快、成本较低等优点。工艺性好,适用于高速,环境适应性强;电机转矩的方向与绕组电流的方向无关;适用于频繁启停以及正反向转换运行;启动电流小,转矩大;可控参数多,调速性能好;具有较强的再生制动能力;定子和转子的材料均采用硅钢片,易于获取和回收利用。
但开关磁阻电机有转矩波动大、需要位置检测器、系统非线性特性,磁场为跳跃性旋转,控制系统复杂;对直流电源会产生很大的脉冲电流等缺点。位置检测器是开关磁阻电动机的关键器件,其性能对开关磁阻电动机的控制操作有重要影响。由于开关磁阻电动机为双凸极结构,不可避免地存在转矩波动,噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。但近年来的研究表明,采用合理的设计、制造和控制技术,开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。另外,由于开关磁阻电动机输出转矩波动较大,功率变换器的直流电流波动也较大,所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器。
(3)开关磁阻电动机的控制系统
开关磁阻电动机驱动系统的核心是开关磁阻电动机(SRM),它涉及到电动机,电力电子,微机,控制,光电转换,角度测量等等多学科知识,结构比较复杂,控制系统要求也比较独特,感应电动机和永磁同步电动机的控制方法通常难以满足系统的控制要求。目前电动汽车应用较少。它的主要研究方向是模型研究。由于开关磁阻电机具有明显的非线性特性,系统难于建模,一般的线性控制方式不适于开关磁阻电机系统。目前主要利用模糊逻辑控制、神经网络控制等。
它的控制系统包括功率变换器、控制器和位置传感器及速度检测器等部分。
①功率变换器
开关磁阻电动机的励磁绕组,无论通过正向电流或反向电流,其转矩方向不变,期换向,每相只需要一个容量较小的功率开关管,功率变换器电路较简单,不会出现直通故障,可靠性好,易于实现系统的软启动和四象限运行,具有较强的再生制动能力。成本比交流三相感应电动机的逆变器控制系统要低。
②控制器
控制器由微处理器、数字逻辑电路等元件组成。微处理器根据驾驶员输入的命令,同时对位置检测器、电流检测器所反馈的电动机转子位置,进行分析、处理,并在瞬间做出决策,发出一系列执行命令,来控制开关磁阻电动机适应电动汽车不同条件下运行。控制器性能好坏和调节的灵活性,取决于微处理器的软件和硬件的性能配合关系。
③位置检测器
开关磁阻电动机需要高精度的位置检测器,来为控制系统提供电动机转子的位置、转速和电流的变化信号,并要求有较高的开关频率以降低开关磁阻电动机的噪声