1 引言

　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（srd）由開關(guān)磁阻電機(jī)（srm或sr電機(jī)）、功率變換器、控制器和檢測(cè)器四個(gè)部分組成，是20世紀(jì)80年代初隨著電力電子、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為雙凸極磁阻電機(jī)，利用磁阻最小原理產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，因其結(jié)構(gòu)極其簡單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，而且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率，系統(tǒng)可靠性高而成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力的競爭者。開關(guān)磁阻電機(jī)已廣泛或開始應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、家用電器、通用工業(yè)、航空工業(yè)和伺服系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域，覆蓋功率范圍10w～5mw的各種高低速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，呈現(xiàn)巨大的市場(chǎng)潛力［1］。

2 結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)

　　2.1 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速

　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡單的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡單，定子線圈為集中繞組，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境；轉(zhuǎn)子僅有硅鋼片疊成，因此不會(huì)有鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制造過程中鼠籠鑄造不良和使用中的斷條等問題，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度極高，可工作于極高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘10萬轉(zhuǎn)［2］。

　　2.2 功率電路簡單、可靠

　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān)，即只需單方向繞組電流，相繞組串在主電路兩功率管之間，不會(huì)發(fā)生橋臂直通短路故障，繞組相間耦合弱，缺相故障運(yùn)行能力強(qiáng)，系統(tǒng)的容錯(cuò)能力強(qiáng)，可靠性高，可以適用于宇航等特殊場(chǎng)合。

　　2.3 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流

　　很多公司的產(chǎn)品可達(dá)到如下性能：起動(dòng)電流為15％額定電流時(shí)，獲得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100％的額定轉(zhuǎn)矩；起動(dòng)電流為額定值的30％時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)其額定值的150％。對(duì)比其它調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)特性，如直流電動(dòng)機(jī)為100％的起動(dòng)電流，獲得100％轉(zhuǎn)矩；鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為300％的起動(dòng)電流，獲得100％的轉(zhuǎn)矩?？梢婇_關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有軟啟動(dòng)性能，起動(dòng)過程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還小，因此特別適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行的場(chǎng)合，如龍門刨床、銑床、冶金行業(yè)可逆軋機(jī)、飛鋸、飛剪等。

　　2.4 調(diào)速范圍寬，效率高

　　在額定轉(zhuǎn)速和額定負(fù)載時(shí)運(yùn)行效率高達(dá)92%以上，在所有的調(diào)速范圍內(nèi)，保持整體效率高達(dá)80%以上。

　　2.5 可控參數(shù)多，調(diào)速性能好

　　控制開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種：相開通角、相關(guān)斷角、相電流幅值和相繞組電壓?？煽貐?shù)多，意味著控制靈活方便，可以根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求和電動(dòng)機(jī)的情況，采用不同控制方法和參數(shù)值，使之運(yùn)行于最佳狀態(tài)，還可使之實(shí)現(xiàn)各種不同的功能和特定的特性曲線，如使電動(dòng)機(jī)具有完全相同的四象限運(yùn)行（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電動(dòng)和制動(dòng)）能力，并具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和串激電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力曲線。

　　2.6 可通過機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿足各種特殊使用要求［3］

3 典型應(yīng)用

　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)越的結(jié)構(gòu)和性能使其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，下面對(duì)其三個(gè)典型應(yīng)用進(jìn)行分析。

　　3.1 龍門刨床

　　龍門刨床是機(jī)械加工行業(yè)的一種主要工作母機(jī)，刨床的工作方式是工作臺(tái)帶動(dòng)工件做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其正程運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定于機(jī)架的刨刀刨削工件，反程運(yùn)動(dòng)時(shí)，刨刀抬起，工作臺(tái)空行返回。該刨床主傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是帶動(dòng)工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，顯然，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到刨床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此，要求該傳動(dòng)系統(tǒng)具備以下主要性能。

　　3.1.1 主要特性

　　（1）適于頻繁起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，每分鐘不少于10次，且起動(dòng)、制動(dòng)過程平穩(wěn)快捷。

　?。?）靜差率要求高。從空載到突然吃刀加載引起的動(dòng)態(tài)速降不大于3%，且短時(shí)過載能力強(qiáng)。

　?。?）調(diào)速范圍寬，適應(yīng)低速、中速刨削和高速反程的需要。

　?。?）工作穩(wěn)定性好，往返行程折返位置準(zhǔn)確。

　　目前國內(nèi)龍門刨床的主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有直流機(jī)組形式和異步電動(dòng)機(jī)-電磁離合器形式。大量以直流機(jī)組為主拖動(dòng)系統(tǒng)的刨床，使用到現(xiàn)在大多處于嚴(yán)重老化的狀態(tài)，電機(jī)磨損嚴(yán)重，高速重載時(shí)電刷上火花較大，故障頻繁，維護(hù)工作量大，直接影響正常的生產(chǎn)。此外，該系統(tǒng)不可避免地存在設(shè)備龐大、耗電多，噪音高的缺點(diǎn)。異步電動(dòng)機(jī)-電磁離合器系統(tǒng)依靠電磁離合器實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)向，離合器磨損嚴(yán)重，工作穩(wěn)定性不好，且不便調(diào)速，僅限用于輕型刨床。

　　3.1.2 采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的問題

　　如采用感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，則存在以下問題：

　?。?）輸出特性較軟，使得龍門刨床在低速時(shí)不能帶足夠的負(fù)載。

　?。?）靜差大，加工質(zhì)量低，加工工件出現(xiàn)花紋，吃刀時(shí)甚至停車。

　　（3）起、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，起、制動(dòng)慢，停車越位過大。

　?。?）電機(jī)發(fā)熱。

　　而開關(guān)磁阻電機(jī)的特性則特別適用于頻繁起、制動(dòng)和換向運(yùn)行，換向過程起動(dòng)電流小，起、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可調(diào)，因而保證了在各種速度區(qū)間內(nèi)與工藝要求相符合。開關(guān)磁阻電機(jī)還具有很高的功率因數(shù)，不論是高、低車速，還是空載、滿載，其功率因數(shù)都接近于1，優(yōu)于目前龍門刨床所用的其他傳動(dòng)系統(tǒng)［4］。