第一章 緒論
1.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的產(chǎn)生
上個(gè)世紀(jì)60年代以前，在需要可逆、可調(diào)速和高性能的電氣傳動技術(shù)領(lǐng)域中，直流傳動系統(tǒng)一直占有統(tǒng)治性的地位。但是，直流電動機(jī)存在致命的弱點(diǎn)，在直流電動機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，利用電刷和換向器進(jìn)行換向的時(shí)候會產(chǎn)生換向火花，因此直流電動機(jī)無法做成高速、大容量的機(jī)組。而且直流電動機(jī)造價(jià)高，維護(hù)困難，直流供電也有難度。紀(jì)60年代以后，隨著電力電子學(xué)、微電子學(xué)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流電氣傳動技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，開始挑戰(zhàn)直流電氣傳動的統(tǒng)治地位，特別是交流電機(jī)的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制理論的產(chǎn)生以及應(yīng)用技術(shù)的推廣，使得交流傳動具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)響應(yīng)快速以及可以四象限運(yùn)行(即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電動、制動)等良好的技術(shù)性能，其靜態(tài)、動態(tài)性能完全可以與直流傳動系統(tǒng)相媲美，然而，交流傳動系統(tǒng)也存在自身的不足，比如傳動系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格高、力矩指標(biāo)有待進(jìn)一步提高等一系列問題。
正是在電氣傳動技術(shù)得到迅猛發(fā)展的時(shí)代背景下，20世紀(jì)80年代園際上推出了一種新型交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。它融新的電動機(jī)結(jié)構(gòu)-開關(guān)磁阻電動機(jī)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)為一體，兼有異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代電氣傳動的熱門課題之一。
1.2 國內(nèi)外SRM的發(fā)展
國內(nèi)外對開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)做了進(jìn)一步的研究，目前的研究熱點(diǎn)主要有；
(1)、進(jìn)一步完善開關(guān)磁阻電動機(jī)的設(shè)計(jì)理論，建立一套效率高、適用于工程設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)法。開關(guān)磁阻電動機(jī)的非線性使其性能分析和計(jì)算較為困難。目前，采用二維非線性有限元方法分析電機(jī)內(nèi)的飽和磁場具有局限性：第一，對以路為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法研究不夠，由路的方法導(dǎo)出的設(shè)計(jì)公式能以清晰的物理概念體現(xiàn)設(shè)計(jì)變量與結(jié)果之間的聯(lián)系，而場的方法則顯得比較抽象，就設(shè)計(jì)方法的經(jīng)濟(jì)性和正確性綜合考慮，用路的方法設(shè)計(jì)，而用場的方法來校核是一種比較理想的方法；第二，現(xiàn)有場的方法精度有待提高，應(yīng)計(jì)及端部效應(yīng)，開展開關(guān)磁阻電動機(jī)三維場的研究。在此基礎(chǔ)上，開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，向智能化方向發(fā)展。
(2)、加強(qiáng)對鐵心損耗理論的研究。開關(guān)磁阻電動機(jī)磁場特性的非線性導(dǎo)致相繞組供電電壓和電流波形比較復(fù)雜，一般為單向脈動的非正弦波；定、轉(zhuǎn)子各部分鐵心中的磁通密度變化規(guī)律也不相同，因此對定、轉(zhuǎn)子鐵心損耗的計(jì)算和測量都很困難，目前面臨的主要問題是如何建立準(zhǔn)確、實(shí)用的鐵心損耗計(jì)算模型和分析、測試方法。
(3)、加強(qiáng)對轉(zhuǎn)矩脈動及噪聲的理論研究，提高電機(jī)的功率因數(shù)。減小開關(guān)磁阻電動機(jī)的振動和噪聲的關(guān)鍵在于如何減小作用在定子上的徑向力。從電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，主要是合理設(shè)計(jì)磁場結(jié)構(gòu)、定子磁軛強(qiáng)度和電機(jī)剛度，合理選擇氣隙、極弧參數(shù)及勵磁方式，優(yōu)化繞組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從控制角度看，主要是優(yōu)選導(dǎo)通角和關(guān)斷角及調(diào)節(jié)脈沖寬度，盡可能調(diào)節(jié)好各相工作參數(shù)的對稱性。
(4)、改善電機(jī)靜態(tài)及動態(tài)性能仿真模型。開關(guān)磁阻電動機(jī)的性能分析方法還處于探討階段，有待進(jìn)一步完善。
(5)、完善開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率變換器及控制器三者之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，應(yīng)該把這三者作為一個(gè)整體來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不應(yīng)該將各部分的設(shè)計(jì)分裂開。目前的研究，尚停留在僅對特定類型的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分析核算的水平，只能完成局部的綜合設(shè)計(jì)和個(gè)別參數(shù)的優(yōu)化。
(6)、實(shí)用無位置傳感器方案的研究。目前，國內(nèi)外提出許多無位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢