1 引言

　　開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)（srd）由開關(guān)磁阻電機（srm或sr電機）、功率變換器、控制器和檢測器四個部分組成，是20世紀80年代初隨著電力電子、計算機和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電動機為雙凸極磁阻電機，利用磁阻最小原理產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，因其結(jié)構(gòu)極其簡單堅固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，而且在整個調(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調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力的競爭者。開關(guān)磁阻電機已廣泛或開始應(yīng)用于電動車驅(qū)動、家用電器、通用工業(yè)、航空工業(yè)和伺服系統(tǒng)等各個領(lǐng)域，覆蓋功率范圍10w～5mw的各種高低速驅(qū)動系統(tǒng)，呈現(xiàn)巨大的市場潛力［1］。

2 結(jié)構(gòu)與性能特點

　　2.1 電動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速

　　開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)比通常認為最簡單的鼠籠式感應(yīng)電動機還要簡單，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、高溫甚至強振動環(huán)境；轉(zhuǎn)子僅有硅鋼片疊成，因此不會有鼠籠感應(yīng)電動機制造過程中鼠籠鑄造不良和使用中的斷條等問題，轉(zhuǎn)子機械強度極高，可工作于極高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速可達每分鐘10萬轉(zhuǎn)［2］。

　　2.2 功率電路簡單、可靠

　　電動機轉(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，不會發(fā)生橋臂直通短路故障，繞組相間耦合弱，缺相故障運行能力強，系統(tǒng)的容錯能力強，可靠性高，可以適用于宇航等特殊場合。

　　2.3 高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流

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

　　2.4 調(diào)速范圍寬，效率高

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

　　2.5 可控參數(shù)多，調(diào)速性能好

　　控制開關(guān)磁阻電動機的主要運行參數(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)對電動機的運行要求和電動機的情況，采用不同控制方法和參數(shù)值，使之運行于最佳狀態(tài)，還可使之實現(xiàn)各種不同的功能和特定的特性曲線，如使電動機具有完全相同的四象限運行（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電動和制動）能力，并具有高起動轉(zhuǎn)矩和串激電動機的負載能力曲線。

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

3 典型應(yīng)用

　　開關(guān)磁阻電動機優(yōu)越的結(jié)構(gòu)和性能使其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，下面對其三個典型應(yīng)用進行分析。

　　3.1 龍門刨床

　　龍門刨床是機械加工行業(yè)的一種主要工作母機，刨床的工作方式是工作臺帶動工件做往復(fù)運動，當(dāng)其正程運動時，固定于機架的刨刀刨削工件，反程運動時，刨刀抬起，工作臺空行返回。該刨床主傳動系統(tǒng)的作用是帶動工作臺往復(fù)運動，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、制動和正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，每分鐘不少于10次，且起動、制動過程平穩(wěn)快捷。

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

　?。?）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確。

　　目前國內(nèi)龍門刨床的主傳動系統(tǒng)主要有直流機組形式和異步電動機-電磁離合器形式。大量以直流機組為主拖動系統(tǒng)的刨床，使用到現(xiàn)在大多處于嚴重老化的狀態(tài)，電機磨損嚴重，高速重載時電刷上火花較大，故障頻繁，維護工作量大，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。異步電動機-電磁離合器系統(tǒng)依靠電磁離合器實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)向，離合器磨損嚴重，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)電動機的問題

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

　?。?）輸出特性較軟，使得龍門刨床在低速時不能帶足夠的負載。

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

　?。?）起、制動轉(zhuǎn)矩小，起、制動慢，停車越位過大。

　?。?）電機發(fā)熱。

　　而開關(guān)磁阻電機的特性則特別適用于頻繁起、制動和換向運行，換向過程起動電流小，起、制動轉(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系統(tǒng)［4］。