文献综述
“开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)”一词源见于美国学者S.A.nasar1969年所撰写的论文。它描述了这种电机的两个特征:1、开关性----电机必须工作在一种连续的开关模式,这是为什么在各种新型功率半导体器件获得后这种电机才得以发展的主要原因。2、磁阻性----它是真正的磁阻电机,定转子具有可变磁阻回路,更确切地说,是一种双凸极电机。开关磁阻电机的概念实际非常久远,可以追溯到19世纪称为“电磁发动机”的发明,这也是现代步进电机的先驱。在美国,这种电机常被称为“可变磁阻电机”(Variable Reluctance Motor ,VR电机)一词,但是VR电机也是步进电机的一种形式,容易引起混淆。有时人们也用“无刷磁阻电机(Brushless relucrance motor)”一词,以强调这种电机的无刷性。“电子换向磁阻电机(Electronically Commutated Reluctance Motor)”一词也曾采用,从工作原理来看,甚至比“开关磁阻”的说法更确切一些,但也容易与电子换向的永磁直流电机相混淆。毫无疑问,正是由于英国教授P.J.lawrenson及其同事们的杰出贡献,赋予了现代SR电机新的意义,开关磁阻电机一词也因此逐渐为人们所接受和采用。
开关磁阻电机的最早文献记载可追溯到1838年,英格兰学者Davidson制造了一台用以推动蓄电池机车的驱动系统。据SRD LTD.的FULTON 博士在英国磁学一次研讨会上指出,Davidson的蓄电池机车重数吨,而最高速度却达不到一个人推动时所能获得的速度。由于当时采用的是机械开关,其运行特性、可靠性和机电能量转换效率都是很低的,从而难以引起人们的关注。本世纪20年代,英国学者C.L.Walker发明并取得步进电机的专利,初具了现代VR步进电机和开关磁阻电机的许多特征。随着电力电子器件和电磁场计算技术的发展,开关磁阻电机又逐步吸引了人们的注意力。
从1984年开始,我国许多单位先后开展了SR电机的研究工作,如北京纺织机械研究所(即中国纺织总会纺织机电研究所)、华中理工大学、南京航空航天大学、东南大学、福州大学、华南理工大学及浙江大学等,且SR电机被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验的基础上,我国SR电机的研究进展很快,对SR电机的控制、仿真、设计理论和电磁场数值分析等都做了许多工作,在国际、国内刊物和会议上发表了许多篇论文。1988年11月首届研讨会在南京航空航天大学召开。1991年9月,第二届SRD研讨会在华南理工大学召开。参加人员来自全国高校、研究所和工厂等25家单位,大会上成果交流表明,我国 SRD的理论研究和应用已经取得了较大的进展,参加研制的单位有了显著的增加。1993年12月北京开关磁阻电机调速系统工业应用研讨会上,在中国电工技术学会中小型电机专业委员会领导下,正式成立了开关磁阻电机学组。
近20年来,SR电机的研究在国内外取得了很大的发展,但作为一种新型调速驱动系统,研究的历史还较短,其技术涉及到电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科领域,加之其复杂的非线形特性,导致研究的困难性,在电机理论、性能分析和设计等方面都还不够成熟、完善,存在大量的工作要做,如铁心损耗、转矩波动和噪声的理论研究,SR电机磁场的三维有限元分析,电机设计优化及控制参数的优化,SR电机的测试,无位置传感器的SR电机,新结构SR电机的开发等。
10多年来,我国已研制了50W~30KW、20多个规格的工业成品样机,在纺织机械、毛巾印花机、泽尔浆纱机、多功能蒸煮联合机以及轻型龙门刨床和食品加工机械等方面的应用中取得了良好的效果。但应该看到,目前我国SR电机的理论研究和实际应用都存在较大的不足和差距。
电动工具可提高工作效率,已被广泛应用于各种领域。电动工具用高速电机种类很多,包括直流串激电机、交流串激电机、永磁无刷直流电机、交流变频异步电机等电机类型,它们各有优缺点,高速开关磁阻电机作为电动工具驱动电机在结构、制造工艺、控制和性能以及成本方面具有独特优势。 将其应用到电动工具中,具有重要的现实意义。 通过20多年的研究和改进,SRD的性能不断提高,目前已能在数百瓦到数百千瓦的功率范围内使其性能不低于其他形式的电机。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。
参考文献:
[1] 王季秩,贡俊.微特电机应用技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,2003.
[2] 郑宁.新型开关磁阻电机及其在电动工具中的应用[J].电动工具,2011(6):15-16.
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