开关磁阻电机设计研究的背景及意义(20210129100944)
控制电机：开关磁阻电机
题目：开关磁阻电机开关磁阻电机学习《特种电机及其控制》这门课程，这要介绍了无刷直流电机及其控制、开关磁阻电机及其控制系统、步进电机及其控制，其中我最感兴趣的开关磁阻电机。
下面我将对我所了解的开关磁阻电机做一总结。
一、发展背景开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的猛烈发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出优点，成为直流电机调速系统、交流电机调速系统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注，目前开关磁阻电机已开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。
开关磁阻电机的基本概念可追溯到19世纪40年代，1842年，英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。
20世纪60年代，大功率晶闸管的出现为SR电机的研究发展提供了重要的物质条件。
1967年，英国的Leeds大学开始对SR电机进行深入研究；直到1970年左右，研究结果表明：SR电机可以在单相电流下四象限运行，功率变换器无论是用晶体管还是用普通晶闸管，所需开关数都是最少的；电动机成本也明显低于同容量的感应电动机。
20年代70年代初，美国福特公司研制出最早开关磁阻电机的调速系统，其结构为轴向气隙电动机，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，适合于蓄电池供电的电动车辆的转动。
1980年Leeds大学的Lawrenson教授及其同事总结出了自己的研究成果，发表了题为“Variable--Speed Switched Reluctance Motors”的论文，系统阐述了开关磁阻电机的基本原理与设计特点，并得出了新型磁阻电机的单位出力可以与交流感应电机相媲美甚至还略占优势的结论。
1983年英国TASC公司推出了Oulton系列通用SRD调速产品，问世不久便受到了各国电气传动界的广泛重视。
从1984年开始，我国许多单位先后开展了SRD研究，在借鉴国外经验的基础上，我国SR电机的研究发展很快。
开关磁阻电机驱动系统产业化项目建议书
开关磁阻电机驱动系统产业化项目建议书一、项目背景及目标1、项目背景：介绍开关磁阻电机驱动系统的优势，包括结构简单、可靠性高、效率优异等，以及在工业和电动车等领域的应用前景。
开关磁阻电机驱动系统是一种新型的电机驱动技术，具有结构简单、可靠性高、效率优异等优点，被广泛应用于工业和电动车等领域。
随着能源的不断紧缺和环保意识的不断提高，开关磁阻电机驱动系统的应用前景越来越广阔。
开关磁阻电机驱动系统的结构简单，主要由定子、转子、控制器等组成。
其工作原理是基于磁阻最小原理，通过控制定子和转子之间的相对位置，使磁路中的磁阻最小，从而产生强大的转矩。
由于其结构简单，制造和维护成本低，开关磁阻电机驱动系统在工业领域得到了广泛应用。
此外，开关磁阻电机驱动系统的可靠性高，不容易损坏，使用寿命长。
其转子采用非铁磁材料，不会出现因高温而失效的情况。
同时，其控制系统采用数字控制技术，可以精确地控制电机的转速和转矩，保证了系统的稳定性和可靠性。
最重要的是，开关磁阻电机驱动系统的效率优异，能够有效地节约能源。
其转子采用低损耗材料，减少了转子上的能量损失。
其控制系统采用了最优化的控制策略，进一步提高了系统的效率。
在工业和电动车等领域，开关磁阻电机驱动系统的应用前景非常广阔。
在工业领域，开关磁阻电机驱动系统可以用于各种机床、纺织机械、石油化工等领域，提高生产效率和节约能源。
在电动车领域，开关磁阻电机驱动系统可以用于各种电动汽车、混合动力汽车等领域，提高车辆的能效和续航里程。
2、项目目标：明确项目的总体目标，如提高开关磁阻电机驱动系统的生产能力、优化产品设计、降低成本、提高市场占有率等。
开关磁阻电机驱动系统产业化项目的总体目标主要包括以下几个方面：首先，提高生产能力。
通过优化生产流程和扩大生产规模，实现年产量大幅增长，满足市场需求。
预计在未来三年内，将生产能力提高三倍，达到每年10000套开关磁阻电机驱动系统的目标。
其次，优化产品设计。
开关磁阻电机控制系统设计
摘要开关磁阻电机调速系统是一种新型电机调速系统，结构简单，成本低，调速性能优异，是传统交、直流电机调速系统的强有力竞争者，具有强大的市场潜力。
本文以DSP为控制核心，研究并设计了15kW三相12/8极SRM的调速实验系统，用于SRM控制技术的研究。
本文概述了开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD)及其发展和研究现状，论述了其主要研究方向，阐述和分析了开关磁阻电机的结构、运行原理以及系统控制。
并且对SRD系统总体硬件结构进行了设计。
采用不对称半桥型结构，在进行了相关功率器件选型计算的基础上设计了该SRD调速实验系统的功率变换器。
然后，以TMS320LF2407为核心设计了开关磁阻电机控制系统的硬件电路，给出了包括电流检测、位置检测、故障保护等部分电路的详细设计，充分利用了DSP的丰富外设资源，达到了简化电路结构、提高运行可靠性的目的。
另外本文讨论了开关磁阻电机控制软件的设计，采用模块化编程方法，采用基于多中断的控制程序，提高了控制软件的效率。
最后，利用MATLAB/SIMULINK对上述12/8极开关磁阻电机调速系统建立了非线性仿真模型，并对该系统进行了仿真实验，实现了调速，并达到了开关磁阻电机调速系统研究和设计的预期目标，验证和深化了前文所取得一些理论成果，同时也为更近一步研究打下了基础。
关键词：开关磁阻电机；调速系统；DSP；MATLAB/SIMULINK；仿真ABSTRACTSwitched Reluctance Drive system is a new motor drive system. It has many good features for example simple structure, low cost and excellent driving performance. It's the strongest competitor to traditional AC and DC drive system, so it has powerful future.This paper developed a speed experimental system for a 3-phase 12/8-pole SRM of 15 kW based on TMS320LF2407 DSP, which can be used for the technical research on SRM control.The thesis summarizes the development and research of switched reluctance drive (SRD), discusses the main research direction. The structure of SRM, operation principle, and the control scheme of the SRD are elaborated and analyzed. And the whole structure of hardware is schemed out for the SRD speed experimental system. Adopting the dissymmetry half-bridge structure, a power converter is designed for the system after selection calculation of the corresponding devices. Then, TMS320LF2407 DSP is used to design the hardware circuits of SRM control system, and design details including the current detection, position sensing, fault protection and PWM output etc. are provided. Because of the full use of the abundant peripheral resources of DSP, it comes to the aim simplifying the circuit structure and heightening the reliability. Also, the thesis discusses the routine designing issue. Because the modularized programming method is adopted, and multi-interrupt processing technique is used, operation efficiency of the control software is highly raised. At last, with the MATLAB/SIMULINK a nonlinear simulation model for the foregoing 12/8-pole SRM control system is established. And the simulation experiments have been done on this model. Speed adjustment is realized, and other targets on the research and design of SRM control system are reached, which establishes a good foundation for further research.Keywords：Switched Reluctance Motor; Drive System; DSP; MATLAB/SIMULINK；Simulation目录1 绪论 (1)1.1开关磁阻电机的发展概述 (1)1.2开关磁阻电机调速系统组成 (2)1.3开关磁阻电机调速系统研究现状和方向 (2)1.4本文研究的内容 (4)2 开关磁阻电机原理 (5)2.1开关磁阻电机的基本结构和运行原理 (5)2.1.1电机结构 (5)2.1.2运行的原理 (6)2.1.3电机的基本方程 (7)2.2开关磁阻电机调速系统的基本控制方式 (8)2.2.1角度控制方式(APC) (9)2.2.2电流斩波方式(CCC) (10)2.2.3电压斩波PWM控制方式 (11)2.2.4组合控制 (13)2.3系统控制方式及控制策略的确定 (13)3 SRD调速实验系统硬件设计 (15)3.1 SRD系统设计方案 (15)3.2基于TMS320LF2407控制器的SRD系统硬件结构设计 (16)3.3功率变换器设计与选型 (18)3.3.1功率变换器主电路的选择 (19)3.3.2功率开关器件的选择及参数计算 (19)3.3.3 IGBT驱动电路的设计 (21)3.4控制、检测和保护电路的设计 (22)3.4.1转子位置检测 (22)3.4.2 PWM输出电路 (23)3.4.3电流检测电路 (24)3.4.4故障检测与保护电路 (25)3.4.5键盘与显示电路 (27)4 软件设计 (29)4.1总的设计思路 (29)4.2主程序设计 (29)4.2.1初始化子程序 (29)4.2.2键盘和显示子程序 (31)4.2.3功率驱动保护子程序 (32)5 SRD系统仿真 (34)5.1基于MATLAB/SIMULINK的SRD非线性仿真模型的建立 (34)5.2 CCC方案下SRD仿真模型 (35)5.3 仿真结果 (40)6 总结 (45)参考文献 (46)翻译部分 (48)中文译文 (48)英文原文 (57)致谢 (68)1 绪论开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，SRD)是80年代中期发展起来的新型调速系统[1]。
开关磁阻电机
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开关磁阻电机的工作原理
SRM的工作原理
• 电磁感应原理：转子绕组切割磁力线产生感应电动势 • 磁阻变化原理：定子凸极与转子凸极相对位置变化导致 磁阻变化 • 扭矩产生：磁阻变化产生电磁扭矩，驱动转子旋转
SRM的运转过程
• 启动阶段：电流通过定子绕组产生磁场，转子开始旋转 • 运行阶段：转子转速增加，磁阻变化减小，电流逐渐减 小 • 停止阶段：转子停止旋转，磁阻变化消失，电流降至零
应用领域的拓展
• 新能源汽车：提高电动汽车性能，降低能耗 • 家用电器：提高家用电器性能，降低能耗 • 工业自动化：提高生产效率，降低能耗
技术水平的提升
• 高性能电机的研究与应用：提高电机性能 • 新型控制策略的研究与应用：提高控制精度和响应速度 • 高性能驱动电路的研究与应用：提高驱动效率和可靠性
开关磁阻电机的技术发展趋势
高性能材料的应用
• 高磁能永磁材料：提高电机磁能密度 • 高强度绝缘材料：提高电机绝缘性能 • 高导热材料：提高电机散热性能
高性能电机设计
• 优化磁路设计：提高电机效率和扭矩 • 优化绕组设计：降低铜损，提高效率 • 优化轴承设计：提高电机运行稳定性
开关磁阻电机的研究热点与挑战
研究热点
• 新型控制策略：提高控制精度和响应速度 • 高性能驱动电路：提高驱动效率和可靠性 • 高性能材料的研究与应用：提高电机性能
挑战
• 高效率与高性能的平衡：提高电机效率，同时保持高性能 • 控制策略的优化：实现精确控制，提高系统性能 • 制造工艺的改进：提高电机制造工艺水平，降低成本
开关磁阻电机的未来展望
开关磁阻电机调查报告-兖矿集团技术中心
开关磁阻电动机在井下绞车上的应用与研究调查报告兖州煤业公司兴隆庄煤矿兖矿集团机电设备制造厂前言开关磁阻电动机（SR）是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型调速电动机驱动系统。
它的结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性能高，是各国研究和开发的热点之一。
开关磁阻电动机产品已经广泛或开始应用于电动机车驱动、家用电器、通用工业、航空工业和伺服系统等各个领域，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动系统，呈现强大的市场潜力。
我国近一两年在纺织、冶金、机械、矿山、运输、石油等行业开始应用。
随着现代计算机控制技术的发展，交流调速系统性能越来越高，在工业领域里交流调速系统正在逐步取代直流调速系统。
开关磁阻电动机调速系统作为交流调速系统的后起之秀，具有亚伺服系统的高性能和普通调速系统的价格，性价比非常高，这是无刷或有刷直流电动机根本无法与之比肩的。
开关磁阻电动机调速系统在煤矿机械中的应用是十分典型而且成功的，国外公司很早就将开关磁阻电动机用于采煤机、皮带机、破碎机等井下机械，电压由380V至1140V不等，功率最大至几百千瓦。
近两年开关磁阻电动机在煤矿上的应用有了飞速的发展，无锡盛达在电牵引采煤机上的应用，潞安矿业集团在所属的多个煤矿推广开关磁阻电动机的应用，其开关磁阻电动机在煤矿的皮带机、矸石山绞车等多个地方得到广泛的应用。
煤矿行业因其连续的生产方式及井下电源容量、冷却、防爆等条件限制，对电气驱动系统具有较高的要求。
现在煤矿设备的调速方式主要有以下方式：交流变频调速、开关磁阻电动机调速等方式。
交流变频技术硬件成本较高，控制电路复杂，不宜进行维护和维修等，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握变频器的核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能针对煤矿特殊的应用条件将变频器加以改进和设计，较难适应煤矿要求。
第一章开关磁阻电动机绞车概述煤矿井下可调速的绞车的根据调速方式分为电气调速和液压调速两种。
开关磁阻电机的前景
开关磁阻电机的前景悬赏分：0 |解决时间：2007-12-15 19:49 |提问者：ltom666|检举我想以后从事电机设计方面的工作，开关磁阻电机是特种电机的一种，我想知道他的发展前景，以及国内形势，希望哪位大虾赐教！谢谢！最佳答案一、开关磁阻电机发展简介开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。
跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。
目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。
1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）雏形，这是关于开关磁阻电机最早的研究。
1972年，进一步对带半导体开关的小功率电动机（10w～1kw）进行了研究。
到了1975年有了实质性的进展，并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。
1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司（SRD Ltd.），专门进行SRD 系统的研究、开发和设计。
1983年英国（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。
1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。
另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行500km。
该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。
在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。
从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看，对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。
开关磁阻电机论文
开关磁阻电机论文电气1284班12号齐治平1.概论开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。
它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。
控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。
其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。
2.运行特性开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。
使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。
优点◆其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。
◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。
由于绕组均在定子上，电机容易冷却。
效率高，损耗小。
◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。
◆转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。
◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
◆调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。
◆并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。
◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。
◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。
◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
缺点◆其工作原理决定了，如果需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。
◆因其要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。
◆对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会体现的更加明显。
◆如果单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要加入更加复杂的算法。
开关磁阻电机的九大优势、三大缺点、应用领域全面解析
开关磁阻电机的九大优势、三大缺点、应用领域全面解析近年来，开关磁阻电机逐渐走进了市场，因为该电机具有其他电机没有的优势，所以逐渐成为了市场未来发展的主要方向，目前已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域。
那么开关磁阻电机的优势到底是什么呢?让我们一起来了解一下吧!开关磁阻电机调速系统是以现代电力电子与微机控制技术为基础的机电一体化产品。
它是由开关磁阻电动机和微机智能控制器两部分组成，其特点是效率高、节能效果好、调速范围广，无冲击起动电流，起动转矩大，控制灵活等特点。
1998年，我国把发展电动机调速节能和电力电子节电技术纳入《中华人民共和国节能法》中，国家发改委“电动机节能计划”明确提出：提高电动机15-20%的效率，实现节电1000亿kWh/年。
因此，该种电机被广泛用于运输车辆驱动、龙门刨、锻压设备等需要重载起动，频繁启动，正反转的场合。
近几年，随着电机节能理念的逐渐深入，开关磁阻电机由于具有以下的特点，其正在应用于各种场合。
开关磁阻电机调速系统的特点：一、效率高，节能效果好。
经过测试，其整体效率比交流异步电动机变频调速系统至少高3%以上，低速下能提高至少10%，与直流调速、串级调速、电磁调速等比较，节电效果更明显。
二、起动转矩大，适合重载起动和负载变化明显且频繁启动的场合。
测试发现其启动转矩达额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%，优势非常明显三、调速范围广。
开关磁阻电机可以在低速下长期运行，由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时要低，解决了变频调速电机低速运行时电动机发热问题，还可以根据实际灵活设置最高转速。
四、可频繁正、反转起动停止，系统调控性好，制动性好，能实现再生制动，节电效果显著。
五、起动电流小，避免对电网的冲击。
开关磁阻电机具有软启动特性，没有普通交流电动机起动电流大于5-7倍额定电流的现象。
六、功率因数高，不需增加无功补偿装置，测试发现，开关磁阻电机系统在空载和满载时的功率因数均大于0.98 。