开关磁阻电动机调速系统产品开发与工程应用的新发展
开关磁阻电机研究的背景及意义
开关磁阻电机研究的背景及意义一、项目目的与意义开关磁阻电机设计及其在矿山机械中的应用研究项目属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中工业节能（机电产品节能）、基础件和通用部件的重点支持领域，同时符合《湖南省加快培育和发展战略性新兴产业总体规划纲要》高效节能制造产业中节能电机重点发展领域。
开关磁阻电动机(SRD)调速系统是基于计算机和电力电子技术的控制器及开关磁阻电动机的新型调速系统，由开关磁阻电动机与微机智能控制器两个部分组成。
开关磁阻电动机调速系统的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大、控制灵活，此外还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。
除可以取代已有的电气传动调速系统(如直流调速系统、变频调速系统)外，开关磁阻电动机调速系统还十分适用于矿山井下机电设备需要重载启动、频繁启动、正反转、长期低速运行的应用场合，如无极绳牵引车、电牵引采煤机、刮板输送机等。
据有关资料统计，我国煤矿辅助运输职员约占井下职工总数的1/3，且矿井每采百万吨煤需要1200 ~ 1500名职工从事辅助运输，用工量是发达国家的7 ~ 10倍。
其主要原因就是我国煤矿辅助运输系统落后，效率太低，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统方式，严重影响矿井生产效率和煤矿安全生产。
随着当前大中型矿井的建设，矿井辅助运输设计与选型是矿井建设的重要课题之一，提高矿井辅助运输的装备水平对确保矿井生产产量进步具有极其深远的意义。
目前，我国矿用机械交流电动机采用较多的调速方式主要有交流变频调速和开关磁阻电动机调速。
交流变频技术硬件成本较高、控制电路复杂且不宜进行维护和维修，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握变频器核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能针对矿井特殊的应用条件将变频器加以改进和设计，较难适应矿用要求。
开关磁阻电动机调速系统作为后起之秀，具有伺服系统的高性能和普通调速系统的价格，性价比非常高，这是交流变频调速系统根本无法比拟的，SRD和变频调速的综合效率比较如下表：表1 SRD和变频调速的综合效率比较开关磁阻电机调速系统作为我国节能电机领域中重点推广的发展技术，还关系着我国民族产业的兴旺发展。
开关磁阻调速电动机的发展及应用前景探讨
的干扰 ，影响无线传输信息和计算机控
是感应 电动机的转速仅 由电源频率和 电 常工作。
随 着大功率 电子器件 Ｇ ＴＯ（ 可关断
ｌｃ ｎ ｅｍｏｏ， ｕｔ ｃ ｔｒ简称 Ｓ 或 Ｓ ａ ＲＤ ＲＭ 电动 机 本身 的结 构 （ 子极对数 ） 定 决定 ， 因此
２ 有 电刷和 整流子 换 向器 ， 行 、 在运 其实很早以前就 问世 了 ， 只不过那时是
感应定律 后 ， 交 流 电动机 相继 问世 。 中容易磨损 ， 直、 产生 电火花 ， 无法做成高速 单 凸极式 （ ） 。 子是 隐极式 ， 转子 结构 定 绕
作为原动力逐渐取代 了蒸汽机 ，人类社 大容量机组 ；
会逐步进入 电气化 时代。 由于交流 （ 感
有分布绕组 ， 并且按正弦 电流供 电设计。
３运行可靠性差 ， 、 维护工作 量大 ， 不 这种同步磁阻 电动机在效率 、 功率 因数、 电动机 ，一般只用于低速 同步运行 且功
应） 电动机 的结构简单 ， 运行可 靠 ， 本 宜在多尘、 成 潮湿、 有易燃易爆气体 的环境 输出功率等性能指标上都明显低于感应 较低 ， 使用方便 ， 以应用十分广泛。但 中使 用： 所
行 时，同样具有优 良的转矩输 出能 力和
容量及其它性能参数上 ，可与 目前 的变
防、 生活的各个层面 ， 已是一个 不争 的事 直到 ２ 世纪七十年代 ， ０ 要求较高 的 电 气 式一 交流变频调速系统应运而 生。 一 目前
实。
传动系统 中， 大多使 用直流 电动机 。
这类调 速系统已基本 上做到 了智能化 、
开关磁阻电动机的应用及其发展
开关磁阻电动机的应用及其发展
首先，开关磁阻电动机在汽车行业中有着广泛的应用。
由于其高效率、较低的噪音和震动水平，开关磁阻电动机在汽车空调系统、电子助力转向
系统、变速器控制系统等方面得到了广泛采用。
此外，在新能源汽车中，
开关磁阻电动机作为驱动电机的一种选择，具有能耗低、强度高、启动速
度快等特点，越来越受到关注。
其次，开关磁阻电动机也在家电行业中得到了广泛运用。
例如，吸尘器、电动工具、风扇等家用电器中经常采用开关磁阻电动机作为驱动设备，其高效率、低噪音和可靠性等特点，使其深受用户喜爱。
此外，开关磁阻电动机在航空航天、冶金、化工、纺织等行业中也有
重要的应用。
例如，在航天器的载荷动力系统中，开关磁阻电动机可以用
于控制系统、传感器驱动和舵机系统等；在冶金工业中，开关磁阻电动机
可以用于高温、高湿度环境下的工作，具有很强的适应性。
随着科技的不断发展，开关磁阻电动机也在不断创新与发展中。
在电
磁材料的研究中，新材料的应用不仅可以提高磁阻电机的性能，还可以大
大降低成本；新型电子器件的应用，如芯片、传感器等，不但使得开关磁
阻电动机的控制更加精确，还提高了整个系统的工作稳定性；智能化的控
制技术的应用，使得开关磁阻电动机可以更加灵活地应对各种复杂工况。
总之，开关磁阻电动机具有广泛的应用前景和发展空间，在各个领域
都有重要的地位。
随着科技不断进步与发展，相信开关磁阻电动机将会在
未来取得更加重要的突破和进步。
开关磁阻电机调速系统节能技术及应用
开关磁阻电机调速系统节能技术及应用【摘要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的工业取得了较大程度上的进步。
尤其是近几年来，工业之中不断引进新技术、新工艺，加快了产业的发展与升级。
开关磁阻电机调速系统（简称SRD）节能技术便是具有典型意义的新型技术，对于开关磁阻电机调速系统节能技术而言，其优点主要体现在如下几个方面：低转速起动转矩相对较大；具有良好的制动性能；在速度调节方面具有较宽的范围等。
本文主要针对开关磁组电机调速系统节能技术及其应用进行一定程度上的研究与分析。
【关键词】开关磁阻电机调速系统调速节能技术应用1 开关磁阻电机调速系统的结构与工作原理分析1.1 开关磁组电机调速系统的组成结构对于开关磁组电机调速系统而言，它主要是由两部分共同组成的，这两部分分别是电动机以及控制器。
在电动机之中，对位置传感器进行了设置；而对于控制器而言，它包含了多个单元，其中最为主要的是功率电路单元以及控制电路单元。
开关磁阻电机调速系统的组成结构见图1所示。
在图1中，所使用的电动机主要是定子、转子双凸级可变磁组电动机，对于定子与转子有着不同的处理，在转子上，并没有对绕组以及永磁体进行设置；而在定子上，设置了相应的集中绕组，在径向上两个绕组进行一定程度上的串联，并由此构成了一个两级磁极，我们将其称作为“一相”。
1.2 开关磁阻电机调速系统的工作原理分析图2显示的主要是开关磁阻电机调速系统电机原理的示意图。
由图2所示，将其中定子、转子的相对位置作为起始位置，按照A、B、C、D的顺序对相进行一定程度上的绕组通电处理，在这种情况之下，转子就会逆着励磁顺序进行旋转，这种旋转是按逆时针方向运行的且具有一定的连续p2.1 具有效率高节能性相比于交流异步电动机变频调速系统，SRD的运行效率更高，经过相关研究表明，大约高出3个百分点；这在低速工作的状态之下表现的尤为明显，其效率的提升甚至能够达到10%以上。
除此之外，较之于其他调速系统，例如电磁调速系统等，SRD往往能够取得更为理想的节能效果。
开关磁阻电动机(1,2章)
i
2 m ax ut
LB
L
rt
其中：LB
Lmax
L
3
on
第28页
2、转矩计算： 瞬时相电流产生的电磁转矩。
Tem
1 i2 2
L
（电感不受电流大小的影响）
平均电磁转矩：
Tav
m1 T
T 1 i 2 L dt
0 2
第29页
第二节 准线性模型分析
准线性模型分析是将电机的磁特性曲线分段线性化。 1、电机的饱和磁特性及分段线性化
dt dt
dt i dt
“+”对应开关闭合； “-”对应于开关断开。
即： u
L
di dt
iR
ir
L
（电压平衡方程）
电源 自感 电阻 旋转电
电压 压降 压降 势压降
1、电流计算：
第25页
分段求解：
（1） 0 t t1
i u t (u L di
Lm in
dt
(2) t1 t t2 (R 0)
第35页
4）由式Tav可得： r u F / T
其中F为电机结构参数，m、θr、θ1、Lmax、Lmin及控制 参数θon、θoff的函数 ，表明SRM的固有机械特性与串励
直流电及相仿。
由准线性的分析过程可得
5）提高有效能量的方法。（增加W2）
_
a.加大电流ip,使 AB 线左移； _
b.加大磁链幅值使 BC 线上移；
Lm
ini
2 P
1 2
max LminiP
Lmax Lmin
2
V 2
2 r
off
1
1 on
Lm in
开关磁阻电动机调速系统课件
系统的可靠性将会得到进一步提升，通过采用高可靠性设 计、选用高可靠性元器件等手段，确保系统在复杂环境下 的稳定运行。
多功能集成
开关磁阻电动机调速系统将会实现更多的功能集成，例如 集成了驱动、制动、能量回收等功能，提高了系统的综合 性能和效率。
开关磁阻电动机调速系统的市场前景
市场需求持续增长
THANKS
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开关磁阻电动机调速系统的特点
开关磁阻电动机调速系统具有结构简单、成本低、可靠性高、维护方便等优点。
此外，开关磁阻电动机调速系统还具有宽广的调速范围、优良的启动性能、易于实 现再生制动等优点。
但是，开关磁阻电动机调速系统也存在一些缺点，如转矩波动大、噪声大等问题， 需要进一步改进和完善。
02
开关磁阻电动机调速系统的工作原理
开关磁阻电动机调速系统的控制方式
开关磁阻电动机调速系统的控制 方式主要有两种：角度位置控制 （APC）和电流斩波控制（CCC
）。
角度位置控制是通过控制开关的 开通角和关断角来控制定子与转 子间磁场的角度位置，从而控制
电动机的转速。
电流斩波控制是通过控制电流波 形的斩波宽度来控制电动机的电 流和转矩，从而控制电动机的转
，提高系统的运行效率和可靠性。
03
绿色环保
随着环保意识的提高，开关磁阻电动机调速系统的设计将更加注重节能
减排、环保等方面的考虑，例如采用高效电机、降低噪音等措施，实现
系统的绿色化发展。
开关磁阻电动机调速系统的未来发展方向
宽调速范围
开关磁阻电动机调速系统的调速范围将会更加宽广，能够 满足不同领域的需求，例如高速列车、航汽车 领域中应用于车辆的空调系统、 座椅调节系统、车窗升降系统等 ，以及电动汽车的电池管理系统
开关磁阻电机的发展及其在煤炭行业中的应用
制动特性
输入220V 输入380V
输入220v--P=15 输入380v--P=10
1200 1000 800 600 400 200
T(ms)
0
0
50
100
150
200
250
300
T(ms)
图示说明：电机带10倍于转子惯量的惯量负载 电源电压变化基本不不影响响应时间。
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二、SRD在煤矿领域的应用优势
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二、SRD在煤矿领域的应用优势
1、工作可靠性高
功率开关（IGBT）工作பைடு நூலகம்率低， 有利于降低控制器和电机的温升， 有利于降低电磁干扰（EMI）。
SRD:400 Hz 变频:4000 Hz
1000 转/分 时IGBT的工作波形
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二、SRD在煤矿领域的应用优势
2、超强的起动能力和快速响应能力
SRD在起动状态下： 起动转矩大、起动电流小。 30%额定电流对应150%额定转矩。
电源电压：380V/660V； 功率范围：18.5KW-60KW； 四象限运行，回馈能力100% 特点： ●组合式结构，工作可靠性高 z单元体积小重量轻，易使用 z故障判断清楚，减少查找时间 z备件更换方便快捷，不易出错
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三、煤矿机械专用SRD产品介绍
2、提升机械用SRD
电源电压：380V/660V； 功率范围：30KW-200KW； 特点： 起动平稳，电流小； 可四象限运行，下放牵引时不失速； 电机具有位置反馈信号，可以牵引定位； 对电网和周围环境的电磁干扰小；
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四、 SRD在煤矿应用的新发展
3、大功率组合式SRD
大功率组合式SRD的电机和控制器原理图
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章涛毕业设计
开关磁阻电机调速系统设计摘要开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctnce Drive，简称SRD）是由开关磁阻电动机、电力电子开关电路及驱动控制部分组成的高性能调速系统。
开关磁阻电机具有结构简单坚固、成本低、容错能力强、调速范围宽、低速转矩大、起动电流小、转速精度高、耐高温、可频繁起动制动等优点，又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性能。
因此，开关磁阻电机在驱动调速领域得到了广泛的应用。
本文首先介绍了课题研究背景和意义。
给出了开关磁阻电机控制系统的组成、运行原理和控制方式。
给出了开关磁阻电机的控制策略。
在Matlab/Simulink 交互式仿真集成环境下，对开关磁阻控制系统进行了建模、仿真及分析。
接着，给出了开关磁阻控制系统的硬件、软件设计方案。
主要包括：DSP TMS320LF2407最小系统、位置检测电路、电流检测电路、键盘和显示电路、上位机通信接口及电源系统、系统主程序、各模块初始化子程序、各功能子程序和各中断服务子程序等。
最后，以三相6/4 结构小功率开关磁阻电机作为执行元件，给出了仿真结果。
关键词：开关磁阻电机；TMS320LF2407；位置检测；电流检测Switch the resistance of electrical machinery velocitymodulation system designABSTRACTSwitched Reluctance Drive system is a high performance system, which is composed of Switched Reluctance Motor, Power electronic switching circuit and controller. Switched Reluctance Motor has not only low cost , strong structure, good fault-tolerant，wide range speed modulation , low starting current, high speed accuracy, high temperature, and it can be started or stopped frequently, but also excellent controllability based on the electric and mircrocomputer . Thus, Switched Reluctance Motor is widely used in drive and speed adjustment field.Firstly, the background and significance of the project were given. The structure of the position control system of SRM was given.The operational principle and control modes of SRM were discussed. The output torque could be indirectly controlled by the rotor angular acceleration closed-loop control of SRM. The position control strategy was also presented .In the Matlab/Simulink interactive simulation integrated environment, module construction, simulation and analysis of control system of SRM were given. And then, the hardware and software of control system of SRM were designed. The design of hardware mainly includes the least system of DSP TMS320LF2407, the position detection circuit,the current detection circuit,the keyboard and display circuit，the communication interface of upper computer and the power system.Thedesign of software mainly includes the main procedure, the modules initialization subroutines, the subroutines and the interrupt service subroutines. Finally, the experiment system was established with a three–phase 6/4 structure lowpower SRM prototype as action element.The simulation results were given.Keywords: switched reluctance；DSP；TMS320LF2407；control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 开关磁阻电机调速系统的研究历史和发展方向 (1)1.2.1 开关磁阻电机调速系统的发展概况 (1)1.3 开关磁阻电机调速系统的概述 (2)1.3.1 SRD的基本结构 (2)1.3.2 SR的特点 (3)1.3.3 SRD的应用 (4)1.4本课题的主要任务 (4)2 开关磁阻电机的原理 (5)2.1 开关磁阻电机的基本结构及工作原理 (5)2.1.1SR电机的基本结构 (5)2.1.2 开关磁阻电机的工作原理 (5)2.2 开关磁阻电机的数学模型 (5)2.2.1绕组电感分段线性解析式 (6)2.2.2 SRM的相电压方程 (6)2.2.3 磁链方程 (7)2.2.4 绕组电流的分析 (7)2.2.5 转矩转速的控制 (8)2.3 SR电机基本控制方式 (8)3 系统主电路 (12)3.1 系统整体框架 (12)3.2 SRM功率变换器 (12)3.2.1主回路方案 (13)3.2.2 IGBT主开关管参数计算 (14)3.3 IGBT驱动电路 (15)3.4 电流检测装置 (15)3.5 位置检测 (16)4 开关磁阻电机调速系统的设计 (17)4.1 开关磁阻电机调速系统的硬件设计 (17)4.1.1 SRD硬件系统结构概述 (17)4.2 基于DSP的SRD控制器 (17)4.2.1 基于DSP的SRD系统硬件介绍 (17)4.2.2 控制策略 (18)4.3 软件设计 (19)4.3.1主程序的设计 (20)4.3.2 功能子程序设计 (20)4.3.3 子程序显示 (20)4.3.4中断子程序设计 (21)5 开关磁阻调速电动机系统仿真研究 (23)5.1 SRM的控制方案 (23)5.1.1 电流斩波控制 (23)5.1.2 角度位置控制 (23)5.1.3 电压PWM控制 (23)5.2 电压PWM控制方案下SRD仿真模型的建立 (23)5.3 仿真模型与分析 (24)5.4 仿真结果 (26)6 结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录A 外文翻译—原文部分 (34)附录B 外文翻译—译文部分 (41)江西理工大学应用科学学院毕业设计1 绪论1.1 前言21世纪，世界的能源问题越来越严重。