負磁阻發電機

負磁阻發電機在構造上與常規發電機有很大的區別，常規發電機主要由轉子和定子兩大部分構成;而負磁阻發電機是由內定子、斬磁器、外定子、整流器、儲能電感、脈衝變壓器等機構組成。

基本介紹

• 中文名：負磁阻發電機
• 組成：內定子、斬磁器
• 作用：遮磁
• 磁路方向：統為軸向

發展簡述

通過最近約20年問的研究和改進設計工作，使負磁阻發電機的性能不斷提高，目前已能在較大的功率範圍內使其性能不低於其它型式的電動機。七十年代初，美國福特電動機公司研製出最早的開關磁阻電機調速系統。其結構為軸向氣隙電動機、晶閘管功率電路，具有電動機和發電機運行狀態和較寬範圍調速的能力，特別適用作蓄電池供電的電動車輛傳動。

七十年代中期，在工業部門的促進下，英國里茲大學和諾丁漢大學組成一研究小組，共同研製以傳動電動車輛為目標的開關磁阻電動機調速系統。小組在該系統的理論研究和實踐方面做了大量工作，他們研製的樣機容量從10W至50kW，轉速從750rpm至10，000rpm，其系統效率和電動機利用係數等主要指標達到或超過了傳統傳動系統。隨後以研究小組為基礎成立了開關磁阻電動機調速系統公司，以經營其研究成果。1981年英國TASC公司獲準製造該系統，並於1983年推出商品名為Oulton的通用調速系列產品，其容量範圍為4-22kW。該產品的出現在電氣傳動界引起不小的反響。因為其確實在很多性能指標上達到出人意料的高水平，整個系統的綜合性能價格指標達到或超過了工業中長期廣泛套用的一些變速傳動系統。

開關磁阻電動機調速系統的出現不僅為工業、交通、國防及家用電器等部門提供了一種極其優越的調速系統，而且也因其具有的典型機電一體化結果豐富了“機械電子學”的成功實例。因此1983年後在國際範圍內迅速掀起開關磁阻電機研究開發熱，並持續至今不斷發展，其產品推廣領域不斷擴大。

我國對開關磁阻電機調速系統的開發研究開始於1984年，現已有大批高等院校、科研院所、生產企業從事開關磁阻電機調速系統的開發研究工作，在借鑑國外經驗的基礎上，國內對開關磁阻電機調速系統的開發研究儘管起步較晚，但是起點較高，研製目標基本都集中在較為成熟的三相或四相控制方案上，目前已有十餘家單位推出不同性能、用途、功率(1kW到55kW)的多規格系列產品，套用於紡織、冶金、機械、運輸等多種行業、場所的數十種生產機械和運輸車輛中。

綜上所述：開關磁阻電機（SRD）是上世紀80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術的迅猛發展而發展起來的一種新型調速驅動系統，具有結構簡單、運行可靠及效率高等突出特點，成為交流電機調速系統、直流電機調速系統和無刷直流電機調速系統的強有力的競爭者，引起各國學者和企業界的廣泛關注。開關磁阻電動機調速系統兼具直流、交流兩類調速系統的優點，是集現代微電子技術、數位技術、電力電子技術、紅外光電技術及現代電磁理論、設計和製作技術為一體的光、機、電一體化高新技術。英、美等經濟已開發國家對開關磁阻電動機調速系統的研究起步較早，並已取得顯著效果，產品功率等級從數瓦直到數百千瓦，廣泛套用於家用電器、航空、航天、電子、機械及電動車輛等領域。中國對開關磁阻電動機調速系統的研究與試製起步於20世紀80年代末90年代初，取得了從基礎理論到設計製造技術多方面的成果與進展，但產業化及套用性研究工作相對滯後。

負磁阻發電機構造原理

負磁阻發電機在構造上與常規發電機有很大的區別，常規發電機主要由轉子和定子兩大部分構成；而負磁阻發電機是由內定子、斬磁器、外定子、整流器、儲能電感、脈衝變壓器等機構組成。另外，兩種發電機的磁路方向也是不相同的，常規發電機的磁路方向多為徑向，或沿周向，而負磁阻發電機的磁路方向統為軸向。

負磁阻發電機的轉子即是斬磁器，它是由特殊的超導磁材料（新開發材料）構成的，它具有很強的遮磁作用。當斬磁器在內定子與外定子之間高速旋轉時，內定子感應到外定子磁極中的磁通量就會由靜磁通變為脈衝磁通，於是在外定子電樞線圈中就會產生脈衝式感應電流。因為外定子電樞設計有N多磁極，所以當斬磁器依次遮擋每一級電樞時，電樞中的磁通量都會有一次由多到少的變化過程，按愣次定律，磁通由多到少變化時，感應電流的磁場方向與原磁場（內定子磁場）方向相同。當感應電流的磁場方向與內定子磁場方向相同時，將對斬磁器產生排斥力；將電樞迴路設計成純電感電路，於是感應電流就會落後於感應電動勢90°。因為感應電動勢是在斬磁器開始遮向電樞磁極時就隨即產生的，所以就必須使感應電流落後，也就是使他的斥力僅作用於斬磁器的後沿部分；於是，斬磁器高速旋轉將內定子的恆穩磁場斬變為脈衝磁通。

控制原理

傳統的PID控制一方面參數的整定沒有實現自動化，另一方面這種控制必須精確地確定對象模型。而開關磁阻電動機(SRM)得不到精確的數學模型，控制參數變化和非線性，使得固定參數的PID控制不能使開關磁阻電動機控制系統在各種工況下保持設計時的性能指標。

模糊控制器是一種近年來發展起來的新型控制器，其優點是不需要掌握受控對象的精確數學模型，而根據人工控制規則組織控制決策表，然後由該表決定控制量的大小。因此採用模糊控制，對開關磁阻電動機（SRM）進行控制是改善系統性能的一種途徑。但在實踐中發現，常規模糊控制器的設計存在一些不足，如控制表中數據有跳躍，平滑性較差，這對控制效果有影響。

模糊控制和PID控制兩者結合起來，揚長補短，將是一個優秀的控制策略。其理由是：

第一，由線性控制理論可知，積分控制作用能消除穩態誤差，但動態回響慢，比例控制作用動態回響快，而比例積分控制既能獲得較高的穩態精度，又能具有較高的動態回響。因此，把PI控制策略引入Fuzzy控制器，構成Fuzzy-PI複合控制，是改善模糊控制器穩態性能的一種途徑。

第二，增加模糊量化論域是提高模糊控制器穩態精度的最直接的方法，但這種方法要增大模糊推理的計算量，況且量化論域的增加也不是無止境的。

發電機電路特點

1、各主開關管的電壓定額不變。

2、由於主開關管的電壓定額與電動機繞組的電壓定額近似相等，所以這種線路用足了主開關管的額定電壓，有效的全部電源電壓可用來控制相繞組電流。

3、由於每相繞組接至各自的不對稱半橋，在電路上，相與相之間是完全獨立的，故這種結構對繞組相數沒有任何限制。

4、每相需要兩個主開關管。除了電動機繞組與每相開關串聯，不存在上、下橋臂直通的故障隱患之外，很像三相異步PWM逆變器電路。

套用

在印染行業的套用

在印染行業中，筒紗染色的均勻性在工藝被決定了之後，主要就取決於筒子染色機輸送染液的主泵對流量流速的控制與選擇。由於紗線品種的多樣性，不同紗支所需的流量流速存在著差異，即使是同一種紗線若捻度不一樣也需要主泵對流量流速進行選擇。早期的筒子染色機必需由工人憑藉經驗來操作，20世紀90年代有了交流變頻器就可以通過染缸內外差的檢測與反饋信號調節主泵轉速來解決，現在有了SRD電動機調速系統完全可以利用它取代交流變頻器。這是因為SRD電機調速系統在與PLC編程控制裝置結合之後其染液流量流速狀態更容易被控制，在任何情況下都能給出一個合理數值，同時電子元器件也不再受溫度與濕度的干擾，這樣也就確保了運行的穩定性，同時還解決了電機在潮濕環境裡運行的問題。

在化纖行業中的套用

在化纖行業，其關鍵工序之一是將熔融的化纖材料在恆壓下，由微孔噴出冷卻成絲。為了使出絲的直徑嚴格一致，計量泵的轉速必須高度穩定。一般紡絲泵是由永磁同步電機驅動的。這種電機內有永磁體，長期工作會逐漸退磁，電機就必須及時更換。如果採用SRD調速電機，由於其有位置檢測器，完全可以構成速度閉環系統，保證轉速穩定且不受負載變化的影響。

在紡織行業的套用

這主要因為開關磁阻電機可以在四象限之中進行運行，即能按照指令實施順時針轉動，順時針制動，逆時針轉動，逆時針制動等四種狀態的運行與轉換。未來可以說SRD電機無論在系統靜動態性能的滿足上，可靠性上，性能價格比上均比其它調速系統占有明顯的優勢，也必將是抓棉機的最理想的動力機械。同時，根據SRD電機的特點，它可以適應織造機械中的整經機以及漿紗機的主傳動恆動率的變速運行，也可以滿足自調均整的梳棉機，細紗機，絡筒機以及捻線機，最終實現紡織機械的全數位化的驅動。