專利名稱：一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，特別涉及一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(Switched Reluctance Motor,簡(jiǎn)稱SRM)具有起動(dòng)電流小,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能頻繁進(jìn)行正反轉(zhuǎn)切換等諸多優(yōu)點(diǎn)，且由于它使用直流電源并可以和電源形成回饋通路，所以電源使用效率也很高?；谏鲜鰞?yōu)勢(shì)，SRM特別適用于飛機(jī)、船舶、電動(dòng)車等交流電源匱乏、電網(wǎng)容量有限或使用蓄電池的場(chǎng)合。
SRM由裝有勵(lì)磁繞組的定子和無(wú)繞組的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，一般為雙凸極結(jié)構(gòu)，其定、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子齒極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組可以串聯(lián)或并聯(lián)在一起，構(gòu)成“一相”。SRM可以設(shè)計(jì)成單相、兩相、三相、四相或更多相結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。SRM的相數(shù)越多其電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)就越小，但其成本和技術(shù)難度就越高。常用的SRM多以三相、四相居多，然而，這兩種SRM相對(duì)于五相SRM來(lái)說(shuō)，卻存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，運(yùn)行不平穩(wěn)等缺陷。并且，現(xiàn)有的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速，但卻存在調(diào)速范圍窄、效率低、單位體積功率小，以致其調(diào)速性能較差等缺點(diǎn)。另外，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的成本較高、可靠性差。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述提到的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提出一種成本低、調(diào)速范圍寬且控制靈活、工作可靠的五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，以解決上述問(wèn)題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，包括五相SRM、中央控制單元、功率變換器、電流傳感器、電壓傳感器和位置傳感器；所述中央控制單元與所述功率變換器連接；所述功率變換器與所述五相SRM連接；所述電流傳感器分別連接所述功率變換器和所述中央控制單元，形成電流反饋回路；所述電壓傳感器分別連接所述功率變換器和所述中央控制單元，形成電壓反饋回路；所述位置傳感器分別連接所述五相SRM和所述中央控制單元，形成位置信息反饋回路。作為優(yōu)選方案，所述電流傳感器選擇LEM電流傳感器。作為優(yōu)選方案，所述電壓傳感器選擇LEM電壓傳感器。作為優(yōu)選方案，所述位置傳感器選用磁敏傳感器。作為優(yōu)選方案，所述的一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率為I. Ikff,額定轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，額定轉(zhuǎn)矩為10牛米。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、容錯(cuò)能力強(qiáng)、運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小，運(yùn)行更加平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì)。

圖I是五相SRM調(diào)速系統(tǒng)組成框圖；圖2是五相SRM原理圖；圖3是功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，包括五相SRM、中央控制單元、功率變換器、電流傳感器、電壓傳感器和位置傳感器；所述中央控制單元與所述功率變換器連接；所述功率變換器與所述五相SRM連接；所述電流傳感器分別連接所述功率變換器和所述中央控制單元，形成電流反饋回路；所述電壓傳感器分別連接所述功率變換器和所述中央控制單元，形成電壓反饋回路；所述位置傳感器分別連接所述五相SRM和所述中央控制單元，形成位置信息反饋回路。SRM的運(yùn)行遵循“磁阻最小原理”，即磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合.當(dāng)定子某相繞組通電時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)由于磁力線扭曲而產(chǎn)生切向磁拉力，試圖使相近的轉(zhuǎn)子極旋轉(zhuǎn)到其軸線與該定子極軸線對(duì)齊的位置，即磁阻最小位置。如圖2所示為SRM原理圖，定子齒矩角為36°，轉(zhuǎn)子齒矩角為45°。當(dāng)定子AA’相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)到11’軸線與AA’軸線重合的位置；若此時(shí)斷開(kāi)AA’相繞組電源給EE’相繞組通電，則轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)定子和轉(zhuǎn)子齒矩角差9°，轉(zhuǎn)到44’軸線與EE’軸線重合的位置；此時(shí)斷開(kāi)EE’相繞組電源接著給DD’相繞組通電，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到33’軸線與DD’軸線重合；若依次給AA’——EE’——DD’——CC’——BB’——AA’通、斷電，則轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)子齒矩角45°。按這個(gè)順序循環(huán)通、斷電則SRM將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同理如循環(huán)順序相反則SRM將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。五相SRM調(diào)速系統(tǒng)的性能和成本很大程度上取決于所設(shè)計(jì)的功率變換器的性能。功率變換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖3所示，本系統(tǒng)中的功率變換器采用的是不對(duì)稱半橋形式的拓樸結(jié)構(gòu)，各相之間完全獨(dú)立控制，對(duì)主開(kāi)關(guān)器件的耐壓值要求較低。所述開(kāi)關(guān)元件選用三菱智能功率模塊(IPM) PM100CSA060，它封裝了三相橋IGBT和驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)設(shè)續(xù)流二極管，自帶短路、過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等多種保護(hù)電路。另外，由于IPM是靜電敏感型的大功率器件，其價(jià)格相昂貴，在安裝和調(diào)試過(guò)程中需要注意其插針的保護(hù)。[0035]作為優(yōu)選方案，是將IPM的配套電路制作成小塊電路板，在板件上配有與其引腳排列相對(duì)應(yīng)的插座，這樣既利于保護(hù)又方便在發(fā)生故障的時(shí)候進(jìn)行檢試和維修。為監(jiān)控五相SRM調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的主回路和各相的電流和電壓情況，一般在相應(yīng)的位置設(shè)有電流傳感器和電壓傳感器，兩者的輸出經(jīng)過(guò)分壓整理后均送至主芯片的ADC采樣端口。對(duì)這兩種傳感器的要求是盡量不要影響控制回路的運(yùn)行，采樣精確并且與主芯片接口方便。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，電流傳感器選擇的是LEM LT100-P,電壓傳感器選擇的是 LV25-P。所述電流傳感器可以使被測(cè)電流在其穿通孔中多次穿越，再將測(cè)得的值除以穿越的次數(shù)來(lái)得到實(shí)際值，這樣做的好處是增加了可靠性，提高了測(cè)量靈敏度和精度。系統(tǒng)中所有被測(cè)電流線路經(jīng)過(guò)電流傳感器的穿通孔時(shí)均按同一方向纏繞4圈，相應(yīng)地在軟件中將測(cè)量值除以4即可得到實(shí)際值。位置傳感器的作用舉足輕重，常見(jiàn)的有光電感應(yīng)、磁敏和霍爾式三種。作為優(yōu)選方案，本實(shí)用新型選用磁敏位置傳感器。作為優(yōu)選方案，所述的一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率為I. Ikff,額定轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，額定轉(zhuǎn)矩為10牛米。系統(tǒng)工作時(shí)，各部分的具體功能如下功率變換器具備1、開(kāi)關(guān)作用，使繞組與電源接通或斷開(kāi)；2、為繞組儲(chǔ)能提供回饋路徑；3、為五相SRM提供電能量，以滿足所需機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。中央控制單元具備將電流傳感器和電壓傳感器以及位置傳感器送來(lái)的信號(hào)分析后，控制功率變換器做出相應(yīng)的動(dòng)作。電流傳感器和電壓傳感器用于監(jiān)測(cè)功率變換器的回路中的電流和電壓變化，并將信息反饋給中央控制單元。位置傳感器用于監(jiān)測(cè)五相SRM并給中央控制單元提供五相SRM的即時(shí)位置信息。以上所述的利用較佳的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型，而非限制本實(shí)用新型的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)閱讀本實(shí)用新型后，做出細(xì)微的改變和調(diào)整，仍將不失為本實(shí)用新型的要義所在，亦不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，包括 五相SRM、中央控制單元、功率變換器、電流傳感器、電壓傳感器和位置傳感器； 所述中央控制單元與所述功率變換器連接； 所述功率變換器與所述五相SRM連接； 所述電流傳感器分別連接所述功率變換器和所述中央控制單元，形成電流反饋回路； 所述電壓傳感器分別連接所述功率變換器和所述中央控制單元，形成電壓反饋回路； 所述位置傳感器分別連接所述五相SRM和所述中央控制單元，形成位置信息反饋回路。
2.如權(quán)利要求I所述的一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述電流傳感器選擇LEM電流傳感器。
3.如權(quán)利要求I所述的一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓傳感器選擇LEM電壓傳感器。
4.如權(quán)利要求I所述的一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器選用磁敏傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種五相開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，包括五相SRM、中央控制單元、功率變換器、電流傳感器、電壓傳感器和位置傳感器；中央控制單元與功率變換器連接，再與五相SRM連接，電流傳感器分別連接功率變換器和中央控制單元，形成電流反饋回路；電壓傳感器分別連接功率變換器和中央控制單元，形成電壓反饋回路；位置傳感器分別連接五相SRM和中央控制單元，形成位置信息反饋回路。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、容錯(cuò)能力強(qiáng)、運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小，運(yùn)行更加平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H02P6/06GK202617055SQ20122027870
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者劉峰, 周進(jìn), 申伯純 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍702廠