Reluctance motor что это

Вентильные реактивные электродвигатели / генераторы (Switched Reluctance Motors / Generators)

ВРД следует отличать от синхронного реактивного электродвигателя (СРД), который работает при синусоидально изменяющихся напряжениях, подаваемых на фазы его обмотки якоря без обратной связи по положению ротора, при этом СРД обладает низким КПД.

Появление и развитие электроприводов нового типа означает конец эры коллекторных электрических машин, применение которых в разрабатываемых системах электропривода становится анахронизмом. Даже асинхронная машина, повсеместное распространение которой было обусловлено простотой конструкции и надежностью, уступает по этим параметрам ВРД.

Рис. 1. Структурная схема управлением

Конструктивно электропривод состоит из микропроцессорного блока управления, электронного коммутатора и электромеханического преобразователя (ЭМП). Электромеханический преобразователь обеспечивает преобразование электрической энергии, поступающей от электронного коммутатора, в механическую или осуществляет обратное преобразование механической энергии в электрическую. Микропроцессорный блок управления формирует сигналы коммутатора, который генерирует импульсное напряжение питания ЭМП в зависимости от сигналов, поступающих от датчика положения ротора ЭМП. Возможен вариант без датчика положения ротора, в этом случае положение ротора определяется по величине индуктивности обмоток статора.

Отличительную основу ЭМП составляют магнитопроводы статора и ротора с явно выраженными полюсами, выполненные в виде пакетов из листового магнитомягкого материала. Катушки обмотки якоря расположены на полюсах магнитопровода статора. Катушки, находящиеся на противоположных полюсах, соединены попарно последовательно и образуют фазные секции обмотки якоря. На рис. 2 в качестве примеров показаны ЭМП с шестью (рис. 2а) и восемью (рис. 2б) полюсами на статоре и четырьмя и шестью полюсами на роторе соответственно.

В зависимости от назначения электродвигателя / генератора и предъявляемых к нему в связи с этим требований, количество полюсов на статоре и на роторе может изменяться. В некоторых случаях на полюсах магнитопровода статора могут быть сделаны дополнительные зубцы. Обмотка якоря, в приведенных на рисунке примерах ЭМП, трехфазная (рис.2а) и четырехфазная (рис.2б). Количество полюсов статора и ротора, число фаз обмотки якоря может изменяться в зависимости от назначения электродвигателя / генератора. Подбором чисел полюсов статора и ротора может быть получен вращающий момент существенно больший по сравнению с электрическими машинами других типов.

Рис. 2а

Рис. 2б

Рис. 2. Обмотка якоря трехфазная и четырехфазная

Очевидная конструктивная простота является основным достоинством электромеханического преобразователя ВРД, что позволяет существенно снизить затраты при его изготовлении и обеспечить очень высокую надежность работы электродвигателя / генератора. В качестве примера на рисунках 3, 4, 5 показаны основные части нескольких вариантов ЭМП вентильных реактивных электродвигателей и генераторов.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Основные части нескольких вариантов ЭМП вентильных реактивных электродвигателей и генераторов

На рис.6 приведена механическая характеристика ЭМП в режиме с ограничением тока. Естественная механическая характеристика ЭМП при постоянном питающем напряжении аналогична такой же характеристике коллекторного электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Рис. 6. Механическая характеристика ЭМП в режиме с ограничением тока

Для проектирования ЭМП используется современный подход, включающий расчет магнитного поля в нелинейной постановке задачи. При этом учитываются реальные параметры материалов и особенности геометрии устройства. На рис. 7 показаны результаты расчета магнитного поля, представляющие зависимость потокосцепления фазной обмотки от угла поворота ротора и протекающего в ней тока.

Рис. 7. Результаты расчета магнитного поля

Электронный блок управления электродвигателя / генератора представляет собой цифровую систему управления на базе нового поколения 16-разрядных микроконтроллеров производительностью до 40 млн. операций в секунду. Цифровая система управления позволяет резко сократить количество используемых компонентов, увеличить надежность и функциональность системы, уменьшить габаритные размеры электронного блока и его стоимость.

На рис. 8 показан блок электроники для электродвигателей / генераторов мощностью до 8 кВт. (Габариты 170х125х30 мм.)

Рис. 8. Блок электроники для электродвигателей / генераторов мощностью до 8 кВт

Цифровой синтез сигналов, поступающих с электронного коммутатора на ЭМП, осуществляется программно с помощью микропроцессорного блока управления. Программный синтез сигналов позволяет оперативно изменять частоту, форму и амплитуду выходных импульсов в зависимости от состояния датчиков электропривода / генератора, а также обеспечивает оперативное управление режимами его работы.

Основная управляющая программа контроллера хранится во Flash-памяти объемом до 256 Кбайт и может быть легко изменена через последовательный интерфейс RS232, что позволяет оперативно изменять основные характеристики и алгоритм работы стартера / генератора в процессе настройки или во время его эксплуатации.

Наличие микропроцессора в системе управления ВРД обеспечивает следующие режимы его работы:

Рис. 9. Подключение нескольких электродвигателей к CAN-сети

CAN сеть обеспечивает эффективный обмен информацией между электронными блоками электродвигателей, а также обмен между пультом или несколькими пультами и каждым электродвигателем. Высокая скорость передачи (до 1Мбит/сек), гибкая система задания приоритетов CAN устройств позволяет передавать по сети синхросигналы или команды с критическим временем выполнения. На рис. 10 приведен пример организации следящей системы с использованием CAN-сети.

Источник

Подтипы реактивных двигателей включают синхронный, регулируемый, переключаемый и регулируемый шаговый.

Редукторные двигатели могут обеспечивать высокую удельную мощность при невысокой стоимости, что делает их привлекательными для многих приложений. К недостаткам относятся высокая пульсация крутящего момента (разница между максимальным и минимальным крутящим моментом за один оборот) при работе на низкой скорости и шум из-за пульсации крутящего момента.

До начала двадцать первого века их использование ограничивалось сложностью их проектирования и управления. Достижения теории, инструменты компьютерного проектирования и недорогие встроенные системы управления преодолели эти препятствия. Микроконтроллеры используют алгоритмы управления вычислениями в реальном времени для настройки формы сигнала привода в соответствии с положением ротора и обратной связью по току / напряжению. До разработки крупномасштабных интегральных схем управляющая электроника была непомерно дорогостоящей.

СОДЕРЖАНИЕ

Основы конструкции и эксплуатации

Когда полюс статора находится на одинаковом расстоянии от двух соседних полюсов ротора, считается, что полюс ротора находится в «полностью невыровненном положении». Это положение максимального магнитного сопротивления полюса ротора. В «выровненном положении» два (или более) полюса ротора полностью выровнены с двумя (или более) полюсами статора (что означает, что полюса ротора полностью обращены к полюсам статора) и является положением с минимальным сопротивлением.

Компоновка двухроторного асинхронного двигателя с постоянными магнитами (DRPMIM) обеспечивает больший крутящий момент при более низкой цене за объем или массу.

Синхронное сопротивление

Синхронные реактивные двигатели имеют равное количество полюсов статора и ротора. Выступы на роторе предназначены для создания внутренних «барьеров» потока, отверстий, которые направляют магнитный поток вдоль так называемой прямой оси. Число полюсов должно быть четным, поэтому обычно число полюсов составляет 4 или 6.

Переключаемое сопротивление или переменное сопротивление

Импульсный реактивный двигатель (SRM) представляет собой разновидность шагового двигателя, в котором используется меньшее количество полюсов. Самая элементарная форма SRM имеет самую низкую стоимость конструкции из всех электродвигателей из-за своей простой конструкции, и даже промышленные двигатели могут иметь некоторое снижение стоимости из-за отсутствия обмоток ротора или постоянных магнитов. Общие области применения включают приложения, в которых ротор должен оставаться неподвижным в течение длительных периодов времени, а также в потенциально взрывоопасных средах, таких как горнодобывающая промышленность, поскольку он работает без механического коммутатора.

Фазные обмотки в SRM электрически изолированы друг от друга, что обеспечивает более высокую отказоустойчивость по сравнению с асинхронными двигателями переменного тока с инверторным приводом. Оптимальная форма сигнала возбуждения не является чистой синусоидой из-за нелинейного крутящего момента относительно смещения ротора и сильно зависящей от положения индуктивности фазных обмоток статора.

Источник

Вентильный реактивный двигатель SRM. Снижение пульсации момента.

Вентильный реактивный двигатель (switched reluctance motor SRM ) является потенциальным кандидатом для использования его в качестве тягового двигателя электромобиля следующего поколения из-за его низкой стоимости, высокой эффективности, способности работать при высоких температурах и в других жестких условиях. Тем не менее, SRM имеют существенный недостаток – это пульсации вращающего момента, что может создавать неприятный шум в транспортных средствах. Компания Continuous Solutions использовала программное обеспечение ANSYS Maxwell для электромагнитного моделирования. В результате удалось снизить пульсации вращающего момента электрической машины на 90 процентов и общий шум на 50 процентов, что позволяет использовать SRM для электрификации транспортных средств сельскохозяйственной, горнодобывающей техники, а также для гражданского применения

Концепция коммутируемого реактивного двигателя ( SRM ) существует уже 180 лет, но до недавнего времени двигатели этого типа использовалась только в промышленных целях из-за сложной системы управления. За последние десять лет мощные микроконтроллерные интегральные схемы и вычислительно-интенсивные стратегии управления сделали SRM более жизнеспособными. Нерешенной проблемой является излучение SRM значительного шума во время работы, который недопустим в таких приложениях, как роскошные легковые автомобили, тактические транспортные средства и другие машины в суровых условиях эксплуатации.

В итоге электрические машины SRM типа на 20 процентов дешевле, рабочие температуры на 50 процентов выше, чем у аналогичных двигателей с постоянными магнитами.

В основе работы SRM лежит магнитный поток. Магнитные поля аналогичны электрическому току и предпочитают путешествовать по пути наименьшего магнитного сопротивления потоку. Это объясняет, почему магнитные материалы с низким магнитным сопротивлением, такие как железо и сталь, имеют сильную тенденцию выравниваться с магнитным полем. На статоре SRM расположены концентрические обмотки фаз, а его ротор изготовлен из материала с низким магнитным сопротивлением с чередующимися зонами высокого и низкого сопротивления. При подаче напряжения на обмотку статора, магнитное сопротивление ротора создает силу, которая пытается выровнять полюс ротора, пик низкого сопротивления, с ближайшим полюсом статора. В SRM вращение поддерживается путем последовательного включения и выключения обмоток статора, таким образом, что каждое новое состояние магнитного поля статора вызывает поворот ротора.

Модель SRM в ANSYS Maxwell

Схема асимметричного мостового преобразователя и полученные формы кривых SRM

Ротор может быть изготовлен цельным стальным или набран из тонких стальных штамповок с выемками для магнитных полюсов. Отсутствие постоянных магнитов и обмоток на роторе делает SRM значительно дешевле в производстве чем обычные электродвигатели с постоянными магнитами. В роторе отсутствует токонесущие конструкции, поэтому нет необходимости в коммутаторах и обмотках якоря, как в двигателе постоянного тока, либо в короткозамкнутой обмотке из литого металла, как в асинхронном двигателе. Кроме того, отсутствие постоянных магнитов и обмоток ротора позволяет SRM работать при более высоких температурах окружающей среды, что очень важно в тяговых двигателях транспортных средств.

Пульсации момента

Одна из самых больших проблем при разработке SRM состоит в том, что индуктивность каждой фазы пропорциональна степени совмещения её с полюсами ротора. Избыточная вибрация и акустический шум возникают из-за структурной деформации и гармонических магнитных моментов, возникающих в результате взаимодействия статора и ротора. К этому добавляется относительное резкое изменение индуктивности в зависимости от положения ротора и нелинейного управления.

Результаты ANSYS Maxwell показывают зависимость потокосцепления и вращающего момента, как функции от положения ротора, при различной нагрузке

Эти взаимодействия проявляются как изменения вращающего момента, известные как пульсации вращающего момента. С точки зрения конструкции двигателя, например, дисбаланс в роторе или статоре, также могут вызывать пульсации вращающего момента. Все эти причины приводят к вибрации двигателя, которая создаёт акустический шум и сокращает срок службы механических узлов.

При разработке нового тягового двигателя целью Continuous Solutions являлось создание более дешевого двигателя и привода, которые могут работать при более высоких температурах, чем обычные двигатели с постоянными магнитами, в то же время достигая высоких показателей эффективности, плотности мощности и шума, равных двигателям с постоянными магнитами. Инженеры Continuous Solutions начали с использования собственной многоцелевой пользовательской программы оптимизации трехмерных магнитных эквивалентных цепей ( MEC ) для ускорения процесса исследования пространства проектирования и нахождения перспективных конструкций для дальнейшего исследования. Программа использует генетический алгоритм для изучения различных параметров конструкции, таких как высота зубца статора, ток возбуждения и число пар полюсов, итеративно улучшая цели проектирования, такие как повышение эффективности и уменьшение массы.

Моделирование SRM

Векторный график магнитной индукции в сечении SRM

Трехмерная геометрическая модель автоматически создаётся в ANSYS Maxwell для детального анализа магнитного поля методом конечных элементов. Модель содержит все необходимые настройки: движение ротора, механическая нагрузка, коэффициенты потерь в шихтованных стальных пакетах, обмотки фаз, схема управления и многое другое. ANSYS Maxwell рассчитывает рабочие характеристики: вращающий момент в зависимости от скорости, потери мощности, индукция в воздушном зазоре, коэффициент мощности и КПД. Максвелл подготовил отчет о крутящем моменте, который показал вращающий момент двигателя в ньютон-метрах как функцию угла поворота. Для более детального диагностического рассмотрения график магнитной индукции строится в поперечном сечении ротора и статора в ключевые моменты, когда вращающий момент достигает своих экстремумов. Графики показывают, что одним из основных источников шума был является, сжимаемый к ротору силами притяжения, действующими на каждую пару полюсов. Решением этой проблемы может стать усиление статора, но это увеличивает стоимость и вес двигателя.

Разработка системы управления

Контроллер Continuous Solutions 100 kW SRM MILSPEC с технологией снижения пульсаций вращающего момента

График зависимости потокосцепления, как функция от тока и положения ротора

График зависимости момента, как функция от тока и положения ротора

Снижение пульсации крутящего момента в SRM, обеспечиваемое контроллером Continuous Solutions Torque Riple Mitigation

Источник

reluctance motor

1 reluctance motor

2 reluctance motor

3 reluctance motor

4 reluctance motor

5 reluctance-augmented shaded-pole motor

6 reluctance-augmented shaded-pole motor

7 reluctance-augmented shaded-pole motor

8 реактивный синхронный двигатель

9 реактивный синхронный двигатель

См. также в других словарях:

Reluctance motor — A reluctance motor is a type of synchronous electric motor which induces non permanent magnetic poles on the ferromagnetic rotor. Torque is generated through the phenomenon of magnetic reluctance.:A reluctance motor, in its various incarnations,… … Wikipedia

reluctance motor — noun an alternating current motor with a stator winding like that of an induction motor and a rotor that has projecting poles of ferromagnetic material … Wiktionary

Motor-CAD — 2009. Developer(s) Motor Design Ltd Initial release November 1999 Stable release … Wikipedia

Motor controller — A motor controller is a device or group of devices that serves to govern in some predetermined manner the performance of an electric motor.[1] A motor controller might include a manual or automatic means for starting and stopping the motor,… … Wikipedia

Motor de reluctancia variable — La expresión motor de reluctancia variable hace referencia a un motor eléctrico del tipo paso a paso, cuyo funcionamiento se basa en la reluctancia variable mediante un rotor dentado en hierro dulce que tiende a alinearse con los polos bobinados… … Wikipedia Español

electric motor — motor (def. 4). [1885 90] * * * Introduction any of a class of devices that convert electrical energy to mechanical energy, usually by employing electromagnetic phenomena. Most electric motors develop their mechanical torque by the… … Universalium

Electric motor — For other kinds of motors, see motor (disambiguation). For a railroad electric engine, see electric locomotive. Various electric motors. A 9 volt PP3 transistor battery is in the center foreground for size comparison. An electric motor converts… … Wikipedia

Adams motor — Perpetual motion machine name=Adams motor topics=physics and electrical engineering claims= Over unity device capable of producing more energy than is supplied to it and being a technology that would or could provide energy at greater than 100%… … Wikipedia

Stepper motor — A stepper motor (or step motor) is a brushless, synchronous electric motor that can divide a full rotation into a large number of steps. The motor s position can be controlled precisely, without any feedback mechanism (see open loop control).… … Wikipedia

Magnetic reluctance — Magnetic reluctance, or magnetic resistance, is a concept used in the analysis of magnetic circuits. It is analogous to resistance in an electrical circuit, but rather than dissipating magnetic energy it stores magnetic energy. In likeness to the … Wikipedia

DC motor — A DC motor is an electric motor that runs on direct current (DC) electricity. Contents 1 Brush 2 Brushless 3 Uncommutated 4 Connection types … Wikipedia

Источник

Synchronous reluctance motor

Construction of synchronous reluctance motor

The stator of reluctance motor may be with distributed and with concentrated winding and consists of a frame and a core with a winding.

Three main types of the rotor of reluctance motor are distinguished: a rotor with salient poles, an axially laminated rotor, and a transversally laminated rotor.

Working principle of synchronous reluctance motor

The alternating current passing through the stator windings creates a rotating magnetic field in the air gap of the electric motor. Torque is created when the rotor attempts to establish its most magnetically conductive axis (d-axis) with an applied field in order to minimize the reluctance (magnetic resistance) in the magnetic circuit. The amplitude of the torque is directly proportional to the difference between the direct L_d and quadrature L_q inductances. Therefore, the greater the difference, the greater the torque created.

The main idea can be explained with the help of the figure below. The object «a» consisting of anisotropic material has a different conductivity along the d axis and the q axis, while the isotropic magnetic material of the object «b» has the same conductivity in all directions. The magnetic field that is applied to the anisotropic object «a» creates a torque if there is an angle between the d axis and the lines of the magnetic field. Obviously, if the d axis of the object «a» does not coincide with the lines of the magnetic field, the object will introduce distortions into the magnetic field. In this case, the direction of the distorted magnetic lines will coincide with the q axis of the object.

In a synchronous reluctance motor, a magnetic field is created by a sinusoidally distributed stator winding. The field rotates at synchronous speed and can be considered sinusoidal.

In such a situation, there will always be a torque aimed at reducing the whole system potential energy by reducing the field distortion along the q axis (Оґв†’0). If the angle Оґ is kept constant, for example, by controlling the magnetic field, then the electromagnetic energy will be continuously converted into mechanical energy.

The stator current is responsible for magnetization and for creating a torque that attempts to reduce field distortion. The torque is controlled by controlling the current angle, that is, the angle between the current vector of the stator winding and the rotor d-axis in a rotating coordinate system.

Features of the synchronous reluctance motor

References

Also read

The main parameters of an electric motor

Electric motor

Classification of electric motors, their advantages, and disadvantages. The construction, principle of operation, diagrams and parameters of the electric motor. Applications and list of manufacturers 26.04.2019

Universal motor

Universal motor is a single-phase brushed motor, which operates from both DC and AC power grids 15.07.2019

Three-phase induction motor

Construction and working principle of a three-phase AC motor. Wiring diagrams and control methods for asynchronous motor 20.03.2019

Variable frequency drive

The design and principle of operation of the variable frequency drive: topology of the power electrical converter, modulation methods, control, and estimation techniques 14.04.2021

Источник