前言：

隨著原材料成本的增長(zhǎng)，成本低廉制造簡(jiǎn)單的開關(guān)磁阻電機(jī)因其可以實(shí)現(xiàn)高速同步運(yùn)轉(zhuǎn)，以較高的性價(jià)比逐步應(yīng)用于家用電器，工業(yè)伺服與調(diào)速系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)，高轉(zhuǎn)速電機(jī)等領(lǐng)域。功率可大于10KW，轉(zhuǎn)速上限100000r/min.雖然與普通電機(jī)應(yīng)用上有差異，但其關(guān)鍵功率器件IGBT還是使用通用的器件。宏微專門針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)推出了UZA/UZK系列IGBT,同時(shí)推出應(yīng)用案例，以適應(yīng)市場(chǎng)需要。

開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：

開關(guān)磁阻電機(jī)（SwitchedReluctanceMotor),即SRM。主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，定子和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)不等，轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般比定子少兩個(gè)，定子齒上套有集中線圈，兩個(gè)空間位置相對(duì)的定子齒線圈相串聯(lián)，形成一相繞組。轉(zhuǎn)子由鐵心疊片而成，其上無(wú)繞組。開關(guān)磁阻電機(jī)的工作機(jī)理是基于磁通總是沿磁導(dǎo)最大的路徑閉合的原理。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子齒中心線不重合、磁導(dǎo)不為最大時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生磁拉力，形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁導(dǎo)最大的位置。當(dāng)向定子各相繞組中依次通入電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子將一步一步地沿著通電相序相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果改變定子各相的通電次序，電機(jī)將反相運(yùn)轉(zhuǎn)。但相電流通流方向的改變是不會(huì)影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向的。開關(guān)磁阻電機(jī)有如下特點(diǎn)：

(1)開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒有繞組，定子線圈的端部又很短，制造方便，發(fā)熱量小，電機(jī)利用系數(shù)是異步電機(jī)的1.4倍，電機(jī)制造成本大為降低。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，具有較高的轉(zhuǎn)矩/慣量比，特別適合于高速運(yùn)行。

(3)每相繞組中通入的可以是單方向的電流(脈沖)，功率開關(guān)元件數(shù)量少，可以避免橋臂直通。

但就目前的發(fā)展水平而言，SR電機(jī)仍存在一些缺點(diǎn):

(1)由于是磁阻式電動(dòng)機(jī)，其能量轉(zhuǎn)換密度低于電磁式電動(dòng)機(jī)；

(2)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，通常為士15％，功率開關(guān)元件關(guān)斷時(shí)在電機(jī)定子繞組端部及開關(guān)器件上產(chǎn)生較高的電壓尖峰。

(3)需要位置檢測(cè)傳感器，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速n(r/min)計(jì)算公式如下：（f：相繞組電壓的開關(guān)頻率Nr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)）

磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)(SRD)：

SRD是磁阻電動(dòng)機(jī)和電力電子技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種機(jī)電一體化的裝置。主開關(guān)器件IGBT是SRD關(guān)鍵部件，高性能的DSP是SRD控制的核心，同時(shí)需要準(zhǔn)確的位置傳感器及良好的控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。其基本結(jié)構(gòu)如下圖：

SRD結(jié)構(gòu)示意圖

相比于其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，SRD系統(tǒng)具功率電路簡(jiǎn)單可靠、系統(tǒng)可靠性高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、啟動(dòng)電流小等特點(diǎn)：同時(shí)由于SR電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是采用合適的控制技術(shù)，SRD的噪聲完全可以控制在合理的噪聲水平。

SRD功率變換器：

從SRD結(jié)構(gòu)圖可知，功率變換器是SRD的功率主回路，承擔(dān)大電流、高電壓、電壓尖峰、諧波干擾等風(fēng)險(xiǎn)。其器件的可靠性尤為重要。江蘇宏微科技結(jié)合SRD不同的主電路設(shè)計(jì)了UZA/UZK系列IGBT，電流Ic：50～600A,電壓Vces：600～1200V。拓?fù)鋱D如下：

UZA /UZK系列IGBT可以組合為SRD如下的功率變換主電路

結(jié)合電路分析可知，上述的主電路主要特點(diǎn)為：

1.電源分裂轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，適用于4相電機(jī),但電源電壓為電機(jī)相電壓的二倍，開關(guān)元件的電壓定額成倍提高，控制方法過于簡(jiǎn)單。

2.C-dump轉(zhuǎn)換器只增加了一個(gè)斬波器用功率開關(guān)和一個(gè)電容，電路也比較簡(jiǎn)單，同時(shí)提高了能量利用率。

3.不對(duì)稱橋式轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)和二極管承受的反壓均為電機(jī)相電壓Us，耐壓要求比較低，開關(guān)元件數(shù)目多但能實(shí)現(xiàn)分步關(guān)斷，控制方法靈活，有利于電機(jī)噪聲的控制和降低器件故障率。以常用的不對(duì)稱橋式轉(zhuǎn)換器為例，其開關(guān)狀態(tài)如下圖示，上下臂開通時(shí)電流經(jīng)上下IGBT和電機(jī)線圈，此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁導(dǎo)最大的位置。上臂關(guān)斷時(shí)電機(jī)線圈通過下臂IGBT和D1d續(xù)流。上下臂關(guān)斷時(shí)電機(jī)線圈通過D1u和D1d續(xù)流。

結(jié)合功率轉(zhuǎn)換主電路，我們推薦如下控制電路：

SRD驅(qū)動(dòng)和控制電路

結(jié)論：

1.使用江蘇宏微科技UZA/UZK系列IGBT可以很方便構(gòu)建SRD不同的主電路，其電流和電壓范圍也涵蓋了目前開關(guān)磁阻電機(jī)的主要應(yīng)用方向。

2.江蘇宏微科技UZA/UZK系列IGBT主要采用英飛凌芯片封裝，已經(jīng)在新能源汽車、紡織機(jī)械等領(lǐng)域使用，如結(jié)合推薦的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)將更理想。

3.由于篇幅限制，實(shí)際的控制要更復(fù)雜些，如機(jī)械振動(dòng)的減弱，自感電流的處理，轉(zhuǎn)子位置傳感器與IGBT開關(guān)時(shí)序的配合等。

4.具體的應(yīng)用領(lǐng)域可以選擇不同的功率轉(zhuǎn)換電路，同時(shí)采用不同的控制方法如電壓控制、電流控制等。