开关磁阻电机简介
开关磁阻电机简介
5/13/2012
5/13/2012
• 功率变换器是开关磁阻电动机运行时所需能量的提供者， 是连接电源和电动机绕组的开关部件。通过它将电源能量 馈入电机，也可将电机内的磁场储能反馈回电源。由于SR 电机绕组电流是单向的，使得其功率变换器主电路不仅简 单，而且具有普通交流及无刷直流驱动系统所没有的优点 ，即相绕组与主开关器件是串联的，因而可预防短路赦障 。功率变换器有多种形式，并且与供电电压、电机相数和 开关器件的种类等有关。开关磁阻电机转矩方向只与各相 通电顺序有关，而和绕组电流的方向无关。只要控制主开 关器件的导通关断角度，便可改变电动机的工作状态，即 只要控制各相在不同电感区域内的瞬时电流，电路不会出 现直通故障，可靠性高。
5/13/2012
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• C-DUMP转换器
5/13/13/2012
5/13/2012
• 早期使用的双绕组结构，通常主副绕组采用双线并绕的形 式，以得到最大的互感系数，主绕组开关元件Q断开后， 主绕组的能量通过互感传到副绕组，再通过二极管续流。 该电路主开关元件的额定工作电压为2(1+D)Vs，其中Vs是 整流桥输出的峰值电压，D是开关元件关断时的过电压系 数，功率变换器的伏安容量为2m(1+D)Im。，m为电动机 的相数，Im为电动机的峰值电流。双绕组主电路十分简单 ，每相绕组只有一只主开关及一只续流二极管。缺点是主 副绕组之间不可能完全耦合，主开关元件关断时会产生较 高的冲击电压，对主开关元件的额定工作电压要求比较高 ，并需有良好的吸收网络；同时由于电动机采用双绕组结 构，绕组利用率下降，铜耗增加、体积增大。这种主电路 可适用于任意相数的开关磁阻电机，尤其适宜于低压直流 电源。
•
实际控制时，为避免造成控制动作的过于频繁，引起输出振荡，从而引入带 死区的PI控制：
《开关磁阻电机》课件
05
结论
开关磁阻电机的总结
开关磁阻电机是一种基于磁阻原理的 电机，具有结构简单、可靠性高、调 速范围广等优点，被广泛应用于各种 工业领域。
开关磁阻电机的控制系统可以采用数 字化技术，实现快速、准确的控制， 提高电机的性能和稳定性。
开关磁阻电机通过改变电机的输入电 压或电流，可以方便地调节电机的转 速和转矩，从而实现精确的控制。
推动模块化设计和智能化控制，简化电机结构，提高系统的集成度 和智能化水平。
市场前景与预测
工业自动化
随着工业自动化程度的提高，开 关磁阻电机在工业领域的应用将
进一步扩大。
电动车与新能源
电动车和新能源市场的快速发展将 为开关磁阻电机提供广阔的应用空 间。
预测分析
根据市场需求和技术发展趋势，预 测开关磁阻电机未来的市场规模和 增长点。
洗衣机
在洗衣机中，开关磁阻电机作为驱动 元件，实现高效、低噪音的洗涤和脱 水。
04
开关磁阻电机的未来发展
技术创新与改进
高效能驱动控制技术
研究更先进的控制算法和策略，提高开关磁阻电机的驱动性能和 效率。
耐高温材料
研发能在高温环境下稳定运行的绝缘材料和磁性材料，提高电机的 可靠性和寿命。
模块化和智能化
优势
与传统的直流电机和交流电机相比，开关磁阻电机在性能和成本方面具有明显的 优势，能够满足各种应用场景的需求。此外，开关磁阻电机的控制方式灵活多样 ，可以实现精确的速度和位置控制。
02
开关磁阻电机的基本结构
定子结构
定子铁芯
通常采用硅钢片叠压而成，用于 产生磁场。
定子绕组
由多根漆包线绕制而成，连接至 控制器，用于产生旋转磁场。
转子结构
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机是一种具有简单结构和高转矩密度的电动机。
它使用了磁阻转矩产生装置，其中磁阻转矩由电动机的定子和转子之间的磁阻产生。
开关磁阻电机的工作原理如下：
1. 组成：开关磁阻电机由定子、转子、定子绕组和悬挂片组成。
定子和转子之间通过永久磁铁产生磁阻转矩。
2. 工作原理：当定子线圈通电时，会在定子产生磁场。
定子的磁场会将转子吸引到某个位置，使两者之间形成磁阻。
同时，钢片的切割磁感线也会产生涡流，涡流通过电磁耦合作用与磁场相互作用，从而形成磁阻转矩。
3. 磁阻转矩控制：通过控制定子绕组的电流和相位，可以调节磁阻转矩的大小和方向。
通过改变电流的极性和大小，可以调节转子的位置和速度。
4. 高转矩密度：开关磁阻电机具有高转矩密度，是因为其转矩与控制电流的平方成正比。
即使在较低电流下，也能产生较大的转矩输出。
总而言之，开关磁阻电机利用磁阻转矩来实现机械输出。
它具有结构简单、转矩密度高的特点，并且可以通过调节电流控制转矩的大小和方向。
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机原理开关磁阻电机是一种新型的非接触式电机，它是利用磁阻效应实现电能转换成机械能的机电系统。
开关磁阻电机是一种以永磁体为励磁源、以铁心瞬时磁阻变化为工作原理的非线性电机，是一种新型的电力传动技术。
下面将从原理、结构、工作过程三个方面对开关磁阻电机进行解析。
开关磁阻电机的原理是利用磁场产生的磁阻力来驱动转子旋转，从而转换电能为机械能。
这种电机的组成主要包括永磁体、铁芯、绕组、中心轴、定子等部分。
永磁体是该电机的励磁源，它产生的磁力线通过铁芯传递到定子上，使定子上的绕组产生电磁力。
在电机工作过程中，控制电路会对绕组进行加电和切断，以使定子的磁阻力变化。
定子磁阻力变化可以驱动转子旋转。
三、开关磁阻电机的工作过程开关磁阻电机的工作过程可以分为四个阶段：励磁阶段、瞬间通电阶段、瞬间切断电流阶段和减速阶段。
励磁阶段是该电机最开始的状态，永磁体提供磁场，定子上的绕组中没有电流通过，此时转子处于静止状态。
瞬间通电阶段是定子上的磁场急剧变化的时候，此时控制电路会向绕组中加入短脉冲电流，使定子上的磁场忽然变大，这会产生向转子端的磁阻力。
瞬间切断电流阶段是在达到一定功率后，控制电路将绕组中的电流切断，此时定子上的磁场急剧消失，转子也因惯性而继续运动，此时又产生了向转子端的磁阻力，抵消了转子的惯性。
减速阶段是电机停止工作的状态，此时定子的磁场和转子的转动都已经消失。
总之，开关磁阻电机是一种基于磁阻效应的非线性电机，是一种全新的电力传动技术。
它的主要原理是利用磁场变化产生的磁阻力来驱动转子旋转，从而将电能转换成机械能。
该电机具有构造简单、效率高、输出扭矩大等优点，适用于一些对质量、体积有严格要求的场合。
开关磁阻电机的设计与应用
开关磁阻电机的设计与应用引言开关磁阻电机是一种新型的电机，具有结构简单、体积小、响应快、效率高等优点，在工业生产和家用电器等领域得到广泛应用。
本文将介绍开关磁阻电机的设计原理、构造和工作方式，并探讨其在不同领域的应用。
1. 开关磁阻电机的设计原理开关磁阻电机是通过控制磁场的方向和大小来实现转动，其设计原理基于磁阻效应和磁场的反转。
当电流通过绕组时，会产生一个磁场，根据右手定则，当磁阻材料中的磁场方向与绕组的磁场方向相反时，就会出现瞬时的磁流偏移，导致磁场的反转。
通过不断地反转磁场的方向，可以产生连续的转动力。
2. 开关磁阻电机的构造开关磁阻电机主要由转子、定子和驱动电路组成。
2.1 转子转子是开关磁阻电机的核心部件，由磁阻材料制成。
磁阻材料通常采用铁短路片或磁铁片，具有高导磁性和低磁饱和性。
转子上绕有线圈，通过控制线圈通电情况，可以控制转子的磁场方向和大小。
2.2 定子定子是开关磁阻电机中固定的部件，用于产生或感应磁场。
定子一般由永磁体或电磁体构成，永磁体具有固定的磁场，电磁体则通过外部电源提供磁场。
定子的磁场与转子的磁场交互作用，产生转动力。
2.3 驱动电路驱动电路是控制开关磁阻电机正常工作的关键部分，它负责提供正确的电流和电压信号，并控制磁场的反转。
驱动电路一般由电能转换器、控制芯片和传感器组成。
3. 开关磁阻电机的工作方式开关磁阻电机主要有两种工作方式：单相工作和多相工作。
3.1 单相工作单相工作是指开关磁阻电机通过单个绕组进行驱动，具有结构简单、成本低的优点。
但由于只有一个驱动绕组，单相工作的开关磁阻电机转速较低，扭矩较小，适用于一些低负载和速度要求不高的应用。
3.2 多相工作多相工作是指开关磁阻电机通过多个绕组进行驱动，具有转速高、扭矩大的优点。
多相工作的开关磁阻电机可以灵活控制磁场的变化，达到更高的效率和更精确的转动性能。
但多相工作的开关磁阻电机相对于单相工作来说，结构复杂，成本较高。
开关磁阻电机
由于电机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟电流方向无关，故在上面运行图中没有
标明磁力线的方向。
A、B、C各相线圈轮流通电视乎简单，实际情况要复杂些，线圈切断电源后产生的自
感电流不会立即消失，要提前关断电源进行续流；为加大力矩相邻相线圈有电流的时
间会有部分重合；调节电动机的转速、转矩也要调整开关时间，各相线圈开通与关断
3、步距角 b=r/m=360/(mNr)
4、转矩方向与电流无关,但转矩存在脉动。
5、需要根据定、转子相对位置投入激励。不能像普通异步电机一样直接投
入电网运行，需要与控制器一同使用。
2.1.3 开关磁阻电动机的相数与结
构
N s 2km
相数与级数关系
N r N s 2k )
1、为了避免单边磁拉力，径向必须对称，所以双凸极的定子和转子齿槽数应
6)可控参数多，调速性能好 控制开关磁阻
电动机的主要运行参数和常用方法至少有
四种:相开通角,相关断角, 相电流幅值,相绕
组电压。
SRD特点：
7)效率高，损耗小 SRD系统是一种非
常高效的调速系统。
8)可通过机和电的统一协调设计满足
各种特殊使用要求 。
9)缺点：转矩脉动、振动、噪声 但可
通过特殊设计克服
一类型的电机。
开关磁阻电机发展历史
开关磁阻电机的最早文献却可追溯到1838年，英格兰学者
Davidson制造了一台用以推动蓄电池机车的驱动系统。
70年代左右，英国Leeds大学步进电机和磁阻电机研究小组首创了
一台现代开关磁阻电机的雏形。
1980年，Lawrenson及其同事在ICEM会议上，发表著名论文“开关
展了SRD系统的研究工作。
开关磁阻电机的结构
开关磁阻电机的结构
一、开关磁阻电机简介
开关磁阻电机是一种无刷直流电机，通常是一两极电机，它的主要特点在于其简单的结构，运行可靠，维护方便，制造成本低廉，且功率调节功能较强，可以用于电动机的调速控制，因此在电动机控制中得到了广泛的应用。
二、开关磁阻电机结构
开关磁阻电机一般由电枢、电阻器、机座、定子绕组、调速控制装置及电路等部分组成。
（1）电枢：电枢由电枢支架、转子及定子绕组组成，电枢支架由铸铁、铸铝等材料制成，转子由转子能磁性材料和绕组组成，定子绕组由定子电感线圈组成，定子绕组的起动端和终止端分别接在电枢支架上。
（2）电阻器：电阻器是开关磁阻电机的重要部件，它是由电阻罩、电阻片、电阻螺母、电气螺母、绝缘片等组成的，电阻片的电阻可以通过更换不同的电阻片来实现对电机转速的调节。
（3）机座：机座主要由机座壳、机座座轴、机座底座、机座轴承、滤网等组成，机座壳用以固定电枢及支撑它，机座座轴用以将电机固定至机座底座上，机座轴承用以支撑电机转子，滤网主要用以防止灰尘进入电枢内部。
（4）调速控制装置及电路：调速控制装置由变阻器，控制电路、控制板等组成，它的主要功能是根据控制信号控制电阻片的位置，从
而改变电机的转速。
控制电路可以用小电压信号控制，或者用模拟量信号控制。
三、开关磁阻电机的作用
开关磁阻电机可以用于电动机的调速控制，用于调节电动机的转速和扭矩，以达到所需的转矩和转速要求，且具有可靠性高、调速灵敏、功率可调范围大等优点，因此被广泛应用于各类电动机的控制中。
开关磁阻电机
1.1开关磁阻电机开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是一种定子单边激励，定转子双凸极的磁阻式电动机，由于定子电流由变频电源供电，电动机必须在特定的连续的开关模式下工作，所以通常称为“开关磁阻电机”。
它是上世纪八十年代出现的一种新型无刷电机，具有结构简单、可控参数多、控制灵活、效率高等优点，使得其在电动车驱动系统、家用电器、先进制造、矿山机械、航空航天等领域得到了广泛应用。
目前，国内对开关磁阻电机的研究主要集中在控制算法研究、噪声和振动研究、损耗分析等方面。
国外对开关磁阻电机在高速燃油泵电机、高速发电机、高速起动/发电机等航空、航天方面的应用进行了大量研究，例如美国研制的250千瓦、222,24转/分航空开关磁阻起动/发电机的功率密度高达5.3kw /kg；法国研制了一台1千瓦、转轴采用复合材料的超高速运行的开关磁阻电机，其最高转速可达200,000转/分。
SRM是双凸极可变磁阻电动机，它的定子、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。
转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有几种绕组，按相数和齿极数来分，开关磁阻电机有三相6/4、12/8或四相8/6、16/12等结构。
对于SR电机，转子磁场变化频率与转子齿数成正比，而转子损耗主要来自于转子磁场变化所产生磁滞损耗和涡流损耗。
电机的定、转子的极数有多种不同的搭配，相数越多，步距角小，利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高。
目前应用较多的是四相（8/6）结构，见图1-1。
图中只画出了A相绕组及其供电电路。
图1-1 四相SR电动机结构图（其中的一相）SRM有如下优点：（1）电机结构简单、坚固，制造工艺简单，成本低，可工作于极高转速；定子线圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。
（2）损耗主要产生在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许有较高的温升。
（3）转矩方向与电流方向无关，从而可最大限度简化功率变换器，降低系统成本。
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开关磁阻电机简介
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。
主要有开关磁阻电机、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。
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）。
◆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。