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开关磁阻电机能否做发电机(开关磁阻电机的工作原理是什么)

开关磁阻电机能否做发电机

  一般提起开关磁阻电机通常是指开关磁阻电动机,那么开关磁阻电机能否做发电机呢?开关磁阻电动机和开关磁阻发电机结构是否一样?本篇文章将回答这个问题,在给出答案之前,先了解一下开关磁阻电机转矩的性质。

  由于开关磁阻电动机的电磁转矩是磁阻性质的,又是双凸极结构,其磁路是非线性的,加上运行时的开关性和可控性等因素,使电动机内部的电磁关系十分复杂。为分析电机内部的基本电磁关系,一般从简化的线性模型,也就是理想线性模型开始进行分析研究,所得到的相绕组电感随转子位置角周期性变化的规律可用图1说明。

  


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  1 开关磁阻电机电感简化模型

  图中横坐标为转子位置角,它的基准点即坐标原点 θ=0 的位置,对应于定子凸极中心与转子凹槽中心重合的位置,这时相电感为最小值 Lmin 在 θ1 和 θ2 (θ2为转子磁极的前沿与定子磁极的后沿相遇的位置)区域内,定转子磁极不相重叠,电感保持最小值 Lmin 不变,这是因为开关磁阻电机的转子槽宽通常大于定子极弧,所以当定子凸极对着转子槽时, 便有一段定子极与转子槽之间的磁阻恒为最大并不随转子位置变化的最小电感常数区;转子转过 θ2 后,相电感便开始线性地上升直到 θ3 为止, θ3 系转子磁极的前沿与定子磁极的前沿重叠处,这时定转子磁极全部重叠,相电感变为最大值 Lmax;基于电机综合性能的考虑,转子极弧βr 通常要求大于定子极弧 βs,因此在 θ3 和 θ4(θ4 为转子磁极的后沿与定子磁极的后沿相遇的位置)区域内,定转子磁极保持全部重叠,相应的定转子凸极间磁阻恒为最小值,相电感保持在最大值 Lmax;从 θ4 相电感开始线性地下降,直到 θ5处降为 Lmin, θ5、 θ1 均为转子磁极后沿与定子磁极前沿重合处。如此周而复始,往复循环。

  SR 电机的电磁转矩一般指的是平均转矩,是所有相数产生的转矩的平均值,并不是恒定不变的。在线性模型下,不计绕组间互感和磁路饱和前提下, SR电机的电磁转矩与绕组电流和位移角有关。参照图1,当转子位置处于电感上升区和电感下降区时,磁路的磁阻是变化的,磁场扭曲就会产生电磁转矩,假设绕组电流不变,此时电磁转矩变为关于转子位移角的一次函数。将不同位置的转矩连接起来即可得到电磁转矩随位置角的关系,曲线是在线性模型的基础上分析推导出的,虽然不能精确的反应实际电磁转矩与位置角的函数关系,但是对于我们定性分析SR 电机的工作状态仍具有指导意义。由此我们可以得出以下结论:

  (1) SR 电机的电磁转矩是由定、转子间气隙磁场的变化产生的,与电感随位置角的变化率成正比,变化率越大即产生的电磁转矩越大。这就告诉我们在制造 SR 电机时应使绕组电感随转子位置角的变化率尽可能大。一般而言,转子极数要少于定子极数,在不影响结构稳定的前提下,尽可能小的定、转子凸极间气隙以及尽可能大的转子凹槽均可提高电感对位置角的变化率,有利于增大 SR电机的电磁转矩。

  (2) SR 电机的电磁转矩与相电流的平方成正比。实际运行中的 SR 电机由于磁场的饱和及各相磁场相互耦合等因素的影响,严格的来说电磁转矩与电流的平方不再成正比例关系,但与电流依然成正相关。我们可以通过增大电流的方法来增大电磁转矩。

  (3) 由图可以看出在电感上升区间相电流产生的电磁转矩为正,而在相电感的下降区间电流产生的电磁转矩为负。在最大电感与最小电感为常数的区间则不产生电磁转矩。电磁转矩与相绕组的通电位置角有关,选择不同的通电时刻就可产生不同性质的电磁转矩,而电磁转矩与电流的方向没有关系。

  由此可见,开关磁阻发电机与开关磁阻电动机结构是一样的,不同之处在于控制时刻的不同,如果要使 SR 电机工作在电动状态,则应使电流存在的主要区域在电感的上升区,如果要使 SR 电机工作在发电状态,则应使电流存在的主要区域在电感的下降区,这也是为什么开关磁阻电机必须要使用位置传感器的原因,只有确切的知道定转子的相对位置,才可以做出正确的换相与转矩控制。


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