特种电机及驱动技术大作业.ppt
特种电机及驱动技术课 程 报 告,1,期中作业,写极电机原理或小电机要求：4月30日前交，之后交的不计成绩（越早越好）,2,报告论文题目：*自选,要求：4月30日前交，之后交的不计成绩（越早越好）论文方案1：（1）选择一个特种电机系统（2）说明此特种电机应用或研究的实际意义（3）分析此特种电机的结构和工作原理（4）分析此特种电机的优点（5）分析此特种电机的缺点（6）分析此特种电机的发展情况（7）分析此特种电机的驱动系统（8）总结此特种电机的系统,3,论文题目：*自选,论文方案2：（1）选择某种特定应用的电机（例如应用于洗衣机的电机）（2）说明此特种电机应用的特点，对电机的要求。（3）分析此应用中常用的电机类型（4）分析不同电机的优点（5）分析不同电机的缺点（6）分析此应用特种电机的发展情况（7）分析此应用特种电机的驱动系统（8）总结,4,下面以方案1为例：,5,（1）选择一个特种电机系统,6,开关磁阻调速电机系统,开关磁阻调速电动机系统20世纪 80年代初-随电力电子、微电脑和自动控制技术发展而研发的新型调速驱动系统具有-交直流调速优点继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统-出现的新一代无极调速系统,7,论述开关磁阻调速电动机系统-组成及工作原理分析以往调速方式相比较的优缺点SRD 产品的新发展,8,（2）说明此特种电机应用或研究的实际意义,9,说明特种电机应用或研究的实际意义,开关磁阻电机调速系统（SRD）研究的实际意义结构简单-定型产品坚固耐用调速范围宽-性能优异整个调速范围内-具有较高效率电能利用率高-损耗小系统可靠性高,10,开关磁阻电机调速系统（SRD）应用开关磁阻电机-应用于工业、航空业、家用电器SRD 系统-很多性能指标上达到很高的水平整个系统综合性能指标-达到或超过工业中长期广泛应用的一些变速传动系统,11,（3）分析此特种电机结构和工作原理,12,SRD 结构及工作原理,开关磁阻电动机调速系统（SRD）结构较复杂-机电一体化装置主要组成开关磁阻电动机功率变换组件控制器位置检测传感器,13,控制器包括控制电路功率变换组件位置检测传感器安装在-电机一端,14,SRD 运行-需在线实时监测跟踪-数据转子位置转轴速度电机各极电流根据控制目标综合上述信息-输出控制指令实现-运行控制及保护等功能,15,转子位置检测环节SRD 重要部分检测到的-转子相位信号各相主令开关器件-正确进行逻辑切换的依据速度控制-提供速度反馈信号,16,SRD 电机系统结构与工作原理示意图,17,SRD 电机系统结构与工作原理示意图极对数-4 组电源-三相电由控制器根据转子具体位置-发出信号控制-四组大功率开关器件依次打开定子的相应电极通电-产生磁力吸引转子转动,18,（4）分析此特种电机的优点,19,优点,开关磁阻电机-四象限运行具有-电动与制动储能运行状态称-再生能力系统-效率较高,20,1)电机结构-简单坚固因转子无绕组-制造工艺简单，成本低廉，可工作于极高转速定子坚固耐用-线圈嵌放容易，制作方便，端部短而牢固严谨设计结构-使工作可靠能适用于-恶劣、高温、强振动环境,21,2)控制器-工作原理简单电路设计-思路宽后续改进幅度大-较易实现智能化与集成化转矩方向-与电流流向无关最大限度简化功率变换装置-降低系统制造成本,22,3)由控制器根据起动与运行的不同-可预定控制-起动极导通时间协调-各极通电时差使电机-起动转矩增大相对其他起动方式-起动电流缩小,23,30 额定电流-对应 150 额定转矩适用于-频繁起制动和正反转特别适合-重载起动、频繁起动机械设备低速性能好没有感应电动机在起动时所出现-冲击电流现象震动大幅减小-提高电机安全系数,24,4)可实现-转速和转矩调节电动与发电运行状态-自动转换工作效率高-节约电能损耗主要产生于-定子温升较小-电机易于冷却转子无永磁体-可允许有较高温升不必担心消磁-导致性能降低,25,5)速度调节范围-较宽控制-灵活易满足-特殊要求的转矩-速度指标适合-冲击负载和高速应用,26,6)由整个系统的先进设计-功率变换器工作时不会出现直通故障无-直通短路危险主要元器件-绝缘栅双极型晶体管（IGBT）不易-烧毁提高-可靠性,27,7)具备-四象限运行状态较强的再生制动-大幅度节约电能有利于环保模糊控制-使容错能力增强某一相故障-电机仍可以转动只是-转矩有所减小,28,（5）分析此特种电机的缺点,29,缺点,调速技术比较新型-电机控制方式与变频调速相比-存在不足,30,1)电机控制只能 1 拖 1不像交流变频调速中-一台变频器可带动两台或多台电机2)只能专机专用不像交流变频调速中-当变频器发生故障时可将电机切换至工频电源继续运行,31,3)理论特殊-未像其他较成熟调速技术普及，推广难度大交流变频调速-20世纪 60年代时技术上已趋成熟我国引进纺织机械中-已大量应用真正意义上的普及-推广在 40年以后原因-要培养大批专业技术人员以开发新产品、维修与维护,32,SRD 理论推广-还在初中期还需-培养大量技术人员不断完善系统-提高集成化程度开发新产品-培训售后维护人员,33,（6）分析此特种电机的发展情况,34,SRD 产品的新发展,高精度伺服型 SRD大功率组合式 SRD,35,1.高精度伺服型 SRD目前-国内外相关产品不断更新换代采用-最新控制芯片控制策略-仍是 20世纪 80年代技术根据位置检测传感器提供的-相位信号采用-电流斩波、电压脉宽调制和单脉冲控制控制结果-响应慢、转矩波动大很难在 50 rmin 以下取得-良好实用效果,36,高精度伺服型 SRD 产品采用绝对位置编码器-作电机传感器测速信号-由原有每转几脉冲至十几脉冲提高到几百至几千脉冲减小测速反馈时间-提高控制相应速度结合相绕组波形控制技术-改善电源波形,37,平滑-低速转矩脉动实用最低转速-达到 10 rmin 以下电机动态响应时间-减少至 3 ms产品最大规格-达 315 kW,38,2.大功率组合式 SRD与交流变频调速-相仿受电力电子元件-容量和价格限制SRD 向大容量发展-受到限制目前国内使用的技术成熟的最大功率 SRD 产品-仅为 400 kW,39,若利用 SRD 电机的结构特点所有绕组-分为两组可用两台同功率控制器-同步驱动一台更大功率的电机成熟控制器技术和一定电力电子元件条件下实现-2 倍、多倍的电机容量比单机大功率 SRD 具备优点,40,比单机大功率-SRD 优点1）因控制器-多台使用降压变压器供电-整个系统实现高压调速2）由提高控制功率的做法-使用多台控制器一台故障时可切除-电机输出功率按比例降低电机仍可正常工作-提高系统可靠性,41,3）多台控制器-可使用数台移相变压器(或1台多副边变压器)供电实现-脉冲整流改善-电网侧功率因数减小-谐波危害,42,（7）分析此特种电机的驱动系统,43,六相 SRD,根据 SRD 原理减小-电机转矩脉动可增加-电机相数相数-增加功率电路-复杂程度增加提高-SRD 系统成本,44,采用六相 1210 极六相电机六相 1210 极电机结构示意图,45,绕组连接六相 1210 极绕组连接示意图,46,绕组连接A1 与 A2，B1 与 B2，C1 与 C2，D1 与 D2，E1 与 E2，F1 与 F2-各绕组串接,47,功率电路六相 1210 极功率电路 1 示意图,48,功率电路六相 1210 极功率电路 2 示意图,49,功率电路电路-采用6 只功率开关元件和 6 只续流二极管通常三相 SRD 中采用-三相半桥式电路完全一样实现降低转矩脉动-不增加系统成本的目的,50,（7）总结此特种电机系统,51,总结,交流变频调速感应电动机-相比开关磁阻电机-成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热性等具有明显优势开关磁阻电机-宽广速度和功率范围内能保持较高效率和较高起动转矩交流变频调速感应电动机-难以比拟,52,感应电动机要取得与直流电机相近的调速特性-需采用复杂矢量控制系统SRD 电机通过-调整占空比、电压、电流可得-不同负载要求的机械特性控制简单灵活-容易实现软启动、四象限运行由纯逻辑控制方式-容易智能化通过修改程序软件调整电机工作特性-满足不同应用要求,53,SRD 电机-转矩波动可能导致-较大噪声和振动电机设计和控制的不合理-相关通过-优化电机设计和控制策略转矩波动和转动噪音-完全可以有效抑制,54,
