第2章开关磁阻电机
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开关磁阻电机PPT课件
当电机低速运行时，im很大，必须限幅
电流斩波控制方式 （CCC）
2.4 ψ-i曲线
得到SR电动机各部分的磁通、磁阻 不同转子位置角下的磁化曲线ψ＝f(i)。
φ
在线性模型中，电感L 仅是位置角θ的函数 而与电流无关，因此 对某一θ来讲， ψ＝ Li为一直线。
i
φ i
SR电机线性模型
2.5 转矩与功率
dt 2
2 dt
ui d (1 Li2 ) 1 i2 dL
d 2
2 d
ui d (1 Li2 ) 1 i2 dL
d 2
2 d
当开关导通，单位时间内输入电能ui 一部分增加磁场储能 (1 Li2 )
2
一部分转化为机械能 (1 i2 dL )
当开关关断
2 d
dL 0
d
dL 0
d
一部分转化为机械能 一部分磁场储能返回电源
波变化，不随电流改变
随电流改变。
四相8/6极SR电机定转子实物
1.1.2 功率变换器
能量提供者 包括直流电源和开关器件
1.1.3 控制器和位置检测器
控制器要求具有下述性能： （１）电流斩波控制 （２）角度位置控制 （３）起动，制动，停车及四象限运行 （４）调速 位置检测器提供转子位置信号，使控制器决定
理想SR模型 定子绕阻电感L与绕阻电流i无关 极尖的磁通边缘效应忽略不计 磁导率μ∞ 忽略所有功率损耗 开关动作瞬时完成 转子旋转角速度Ω=C
2.1 电感与转子位置角的关系
Lmin
L(
)
K (
1)
Lmax
Lmin
1 1 1 2 2 3
Lmax K ( 1) 3 4
d d
《开关磁阻电机》PPT课件 (2)
A-A’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与A-A’重合 B-B’ 通电 ⃗ 2-2‘ 与B-B’重合 C-C’ 通电 ⃗ 3-3‘ 与C-C’重合 D-D’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与D-D’重合
依次给A-B-C-D绕组通电，转 子逆励磁顺序方向连续旋转
电机原理演示
9
下面通过一个开关磁阻电动机原理模型来介绍工作原理。
两类不同机理的电动机
电机可以根据转矩产生的机理粗略的分为两大类：一类是由电磁作用原 理产生转矩；另一类是由磁阻变化原理产生转矩。
在第一类电机中，运动是定、转子两个磁场相互作用的结果。这种相互 作用产生使两个磁场趋于同向的电磁转矩，这类似于两个磁铁的同极性相排 斥、异极性相吸引的现象。目前大部分电机都是遵循这一原理，例如一般的 直流电机和交流电机。
14
为了使转子继续转动，在转子转到30度前已切断A相电源在30度接通B相电源， 磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，见下左图，于是转子继续转动。中间 图是转子转到40度的图，右面图是转到50度的图，磁力一直牵引转子转到60 度为止。
15
在转子转到60度前切断B相电源在60度时接通C相电源，磁通从最近的转子 齿极通过转子铁芯，见下左图。转子继续转动，中间图是转子转到70度的 图，右面图是转到80度的图，磁力一直牵引转子转到90度为止。
B
D'
2 定子上空间相对的两
VD1
1
3'
个极上的线圈串联或
并联构成一相绕组
Es
C2
2' C '
3 定子集中绕阻、绕组
VD2
3
1'
为单方向通电
D
B'
4 转子上无绕组
S2
A'
开关磁阻电机使用说明书(5.0)
SRD10 系列 (7.5kW-132kW) 开关磁阻电动机调速系统
用户手册
版本 1.1
山东科汇电气股份有限公司
版权声明
该说明书的版权属山东科汇电气股份有限公司所有，任何单位、团体或个人不得 擅自摘抄、复制本书的部分或全部内容，不得以资料、出版物等任何形式进行有目的 的传播。
由于本公司不断的对产品进行改进和升级，本说明书的内容如有改动，恕不另行 通知。
第 9 章 故障与排除 .................................................. 41 第 10 章 维护与售后服务 ............................................. 43
10.1 维护 .............................................................. 43 10.2 易损件更换 ........................................................ 44 10.3 存贮 .............................................................. 44 10.4 保修 .............................................................. 44
该调速系统特别适用于以下特殊场合： ——需宽调速范围，低速长时间运行的场合 ——转速要求高于 3000r/min 以上的场合 ——频繁正反转，频繁起停的场合 ——要求低起动电流，大起动转矩的场合，如牵引运输车辆的驱动 ——负载变化很大的场合 , 轻载运行时 , 具有很高的效率
开关磁阻电动机及控制器是一体化产品，既不能用开关磁阻电动机控制器驱动其他类型的电动 机，也不能用其它类型的控制器驱动开关磁阻电动机，更不能用直流或交流电源直接驱动开关磁阻电动 机。
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第 9 章 故障与排除 .................................................. 41 第 10 章 维护与售后服务 ............................................. 43
10.1 维护 .............................................................. 43 10.2 易损件更换 ........................................................ 44 10.3 存贮 .............................................................. 44 10.4 保修 .............................................................. 44
该调速系统特别适用于以下特殊场合： ——需宽调速范围，低速长时间运行的场合 ——转速要求高于 3000r/min 以上的场合 ——频繁正反转，频繁起停的场合 ——要求低起动电流，大起动转矩的场合，如牵引运输车辆的驱动 ——负载变化很大的场合 , 轻载运行时 , 具有很高的效率
开关磁阻电动机及控制器是一体化产品，既不能用开关磁阻电动机控制器驱动其他类型的电动 机，也不能用其它类型的控制器驱动开关磁阻电动机，更不能用直流或交流电源直接驱动开关磁阻电动 机。
《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
开关磁阻电机结构原理
二、三相开关磁阻电机
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开关磁阻电机结构原理
三相开关磁阻电机是开关磁阻电机中最常用的类型，它由三个定子和 两个转子组成。每个定子都有一个电感线圈和一个永磁体，而两个转 子则通过电磁作用相互连接。当其中一个定子的电感线圈通电时，它 会产生一个磁场，该磁场会吸引对应的转子上的磁极，从而使转子旋 转。当一个定子的电感线圈通电时，另一个定子的电感线圈也会通电， 产生另一个磁场，从而推动另一个转子旋转
开关磁阻电机结构原理
示例和应用
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
开关磁阻电机结构原理
开关磁阻电机的类型
开关磁阻电机可以分为单相和三相两种类型 一、单相开关磁阻电机 单相开关磁阻电机是最简单的开关磁阻电机，它只有一个定子和一个转子。定子由一个永 磁体和一个电感线圈组成，而转子由一个导磁材料构成。当定子中的电感线圈通电时，它 会产生一个磁场，该磁场会吸引转子上的磁极，从而使转子旋转 单相开关磁阻电机的优点是结构简单、成本低、维护方便，适用于一些简单的控制系统中 。但是，由于只有一个相，所以它的输出功率和扭矩相对较小，适用于一些轻载的场合
开关磁阻电机结构原理
开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理
1. 初始状态:在电机初始状态下,磁阻切换器将磁通量导向转子的一个极性,使得转子与定 子之间存在磁阻 2.通电启动:当电源给电机提供电流时,电流通过定子线圈,产生磁场。此时,由于磁阻切换 器的作用,磁通量无法直接通过转子,导致转子受到磁阻的阻碍,无法自由转动 3.磁阻切换:在转子受到磁阻的阻碍时,磁阻切换器会切换磁通的路径,使得磁通量可 以通过转子。通过切换,磁通量的路径发生变化,从而改变了转子所受到的磁阻大小
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开关磁阻电机结构原理
三相开关磁阻电机是开关磁阻电机中最常用的类型，它由三个定子和 两个转子组成。每个定子都有一个电感线圈和一个永磁体，而两个转 子则通过电磁作用相互连接。当其中一个定子的电感线圈通电时，它 会产生一个磁场，该磁场会吸引对应的转子上的磁极，从而使转子旋 转。当一个定子的电感线圈通电时，另一个定子的电感线圈也会通电， 产生另一个磁场，从而推动另一个转子旋转
开关磁阻电机结构原理
示例和应用
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
开关磁阻电机结构原理
开关磁阻电机的类型
开关磁阻电机可以分为单相和三相两种类型 一、单相开关磁阻电机 单相开关磁阻电机是最简单的开关磁阻电机，它只有一个定子和一个转子。定子由一个永 磁体和一个电感线圈组成，而转子由一个导磁材料构成。当定子中的电感线圈通电时，它 会产生一个磁场，该磁场会吸引转子上的磁极，从而使转子旋转 单相开关磁阻电机的优点是结构简单、成本低、维护方便，适用于一些简单的控制系统中 。但是，由于只有一个相，所以它的输出功率和扭矩相对较小，适用于一些轻载的场合
开关磁阻电机结构原理
开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理
1. 初始状态:在电机初始状态下,磁阻切换器将磁通量导向转子的一个极性,使得转子与定 子之间存在磁阻 2.通电启动:当电源给电机提供电流时,电流通过定子线圈,产生磁场。此时,由于磁阻切换 器的作用,磁通量无法直接通过转子,导致转子受到磁阻的阻碍,无法自由转动 3.磁阻切换:在转子受到磁阻的阻碍时,磁阻切换器会切换磁通的路径,使得磁通量可 以通过转子。通过切换,磁通量的路径发生变化,从而改变了转子所受到的磁阻大小
开关磁阻电机的工作原理
开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机是一种常见的电机类型，它基于磁阻效应来实现电机转动。
下面将详细介绍开关磁阻电机的工作原理。
一、磁阻效应简介磁阻效应是指材料在外磁场作用下，磁通量通过材料时会引起材料内部磁场的变化。
根据材料的磁导率和磁场的变化情况，磁阻效应可分为正磁阻效应和负磁阻效应。
正磁阻效应是指在磁场作用下，磁通量增加时，材料的磁导率减小；负磁阻效应则相反，磁通量增加时，材料的磁导率增大。
二、磁阻电机的基本结构开关磁阻电机由转子、定子、磁阻切换器和电源组成。
其中，转子是电机的旋转部分，定子是电机的固定部分，磁阻切换器用于切换磁通的路径，电源提供电流给电机。
三、工作原理1. 初始状态：在电机初始状态下，磁阻切换器将磁通量导向转子的一个极性，使得转子与定子之间存在磁阻。
2. 通电启动：当电源给电机提供电流时，电流通过定子线圈，产生磁场。
此时，由于磁阻切换器的作用，磁通量无法直接通过转子，导致转子受到磁阻的阻碍，无法自由转动。
3. 磁阻切换：在转子受到磁阻的阻碍时，磁阻切换器会切换磁通的路径，使得磁通量可以通过转子。
通过切换，磁通量的路径发生变化，从而改变了转子所受到的磁阻大小。
4. 磁阻变化：磁阻切换后，转子所受到的磁阻发生变化，转子受到的力矩也随之改变。
根据磁阻效应的原理，当转子在磁阻变化的作用下，会趋向于转到较小磁阻路径的方向运动。
5. 转动运行：当转子受到磁阻的作用，趋向于转到较小磁阻路径的方向运动时，电机开始转动。
转子的转动会继续改变磁阻切换器的状态，从而引起磁通量的改变，进一步推动转子的转动。
这样就实现了电能向机械能的转换，使得电机正常运行。
四、优势和应用开关磁阻电机具有以下优势：1. 结构简单：相比传统的电机结构，开关磁阻电机的结构较为简单，减少了动力传输的损耗。
2. 超低速驱动：开关磁阻电机具有较好的低速性能，在一些特殊应用中具有优势。
3. 节能环保：开关磁阻电机的能效较高，能够有效节约能源和减少环境污染。
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
开关磁阻电机1.ppt
运动电动势 (转子位置改变)
机械运动方程：
d2
d
Te
J dt2
D dt
TL
式中 Te——电磁转矩； J—— 系 统 的 转 动 惯 量 ； K——摩擦系数；
TL——负载转矩。
电磁转矩：
SR电机的瞬时电磁转矩Te可由磁共能Wc导出：
Te
Wc (i, )
磁共能的表达式为：
Wc i (i, )di 0
SR电动机常用的相数与极数组合
相数
SR电机常用方案 34567
89
定子极数 6 8 10 12 14 16 18
转子极数 4 6 8 10 12 14 16
步进角(度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5
相数与转矩、性能关系：
相数越大，转矩脉动越小，但成本越高，故常 用三相、四相，还有人在研究两相、单相SRM
5、需要根据定、转子相对位置投励。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
相数与级数关系
Ns 2km Nr Ns 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为偶数。
2、定子和转子齿槽数不相等，但应尽量接近。 因为当定子和转子齿槽数相近时，就可能加大定 子相绕组电感随转角的平均变化率，这是提高电 机出力的重要因素。
各种不确定性干扰的新型控制策略 – 智能控制策略
• SR电机的无位置传感器控制 • • SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等
2.2 SR电机基本方程与性能分析
+
R1
i1
u1
d1/dt
-
+
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磁链方程 第2章开关磁阻电机
所以：
Uk
Rkik
k ik
dik k
dt q
dq
dt
Rkik
Lk
ik
Lk ik
ddikt ik
Lk
q
dq
dt
电阻压降
变压器电动势
运动电动势 (转子位置改变)
第2章开关磁阻电机机 械运动方程：
Te Jdd2tq2 kddqt TL
式中Te——电磁转矩； J——系统的转动惯量； k——摩擦系数；
1)电动机结构简单、成本低、适用于高速, 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简 单的鼠笼式感应电动机还要简单。
2)功率电路简单可靠 因为电动机转矩方向 与绕组电流方向无关，即只需单方向绕 组电流，故功率电路可以做到每相一个 功率开关。
第2章开关磁阻电机
SRD特点：
3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统 从电 动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互 独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。 而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁 路共同作用下产生一个圆形旋转磁场，电动 机才能正常运转。
第2章开关磁阻电机 2.1.5 SRD发展概况
7.5 kW 、1500 r/min几种调速系统性能比较
第22章.开1关磁.6阻电机SRD的应用与研究动向
电动车
航空工业
应
家用电器
用
机械传动
精密伺服系统
的研究方向 SRD 第2章开关磁阻电机
v SR电机设计研究：
™ 铁心损耗计算、转矩脉动、噪声、优化设计等理论
第2章开关磁阻电机 2.1 SRD传动系统 2.1.1 SRD传动系统的组成
电源
功率变换器
SR电动机
负载
控制信号
电流检测 位置检测 控制器
第2章开关磁阻电机SR电动机定、转子实际结构
第2章开关磁阻电机 SR电机结构与原理
结构特点：
1、双凸极 结构
2、定子集 中绕阻、绕 组为单方向 通电
3、转子无 绕阻
2、定子和转子齿槽数不相等，但应尽量接近。因 为当定子和转子齿槽数相近时，就可能加大定子 相绕组电感随转角的平均变化率，这是提高电机 出力的重要因素。
第2章开关磁阻电S机R电动机常用的相数与极数组合
第2章开关磁阻电机 SR电机常用方案
相数
34567
8
9
定子极数 6 8 10 12 14 16 18
第2章开关2磁.阻2电机SR电机基本方程与性能分析
+ R1 i1
u1
d1/dt
-
+
Rm t...1 im
um
dm/dt
-
K 耦合磁场 Te
J TL
不计磁滞、涡流及绕组间互感时，m相SR电 机系统示意图
J—转子与负载的转动惯量
D—粘性摩擦系数
TL—负载转矩
电路方程 第2章开关磁阻电机
第k相绕组的相电压平衡方程:
第2章开关磁阻电机
第2章开关磁阻电机及其驱动 控制系统 (SRD)
2.1 SRM 传动系统 2.2 SRM 基本方程与性能分析 2.3 SRD的 控制原理 2.4 SRD 的功率变换器 2.5 SRD 传动系统的反馈信号检测 2.6 SRD 控制系统原理及其实现 2.7 基于单片机的SRD控制系统 2.8 基于DSP的SRD控制系统 2.9 开关磁阻发电机
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： 第2章开关磁阻电机
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
4)高起动转矩，低起动电流 控制器从电源侧吸 收较少的电流，在电机侧得到较大的起动转 矩是本系统的一大特点。
（SR:0.4IN,1.4TN IM:6-7IN,2-3TN）
第2章开关磁阻电机
SRD特点：
5)适用于频繁起停及正反向转运行 SRD 系统具有的高起动转矩，低起动电流 的特点，使之在起动过程中电流冲击 小，电动机和控制器发热较连续额定 运行时还小。
PM
第2章开关磁阻电机
（（（12））34）24--35pp-hhpaahssaees4e8s61st0tsaasttaototarrotporporoplploeeo/l/2e6l/er4r/o8orttorootrrotporporoplploeeolele
第2章开关磁阻电机
2.1.4 SRD特点
依次给A-B-C-D绕组通电，转 子逆励磁顺序方向连续旋转
电机原理演示
12/8 第2章开关磁阻电机 极三相开关磁阻电动机
第2章开关磁阻电机
结 论：
1、依次给A-B-C-A绕组通电，转子逆励磁顺序方 向连续旋转。改变绕组导通顺序，就可改变电机 的转向
2、通电一周期，转过一个转子极距tr=360/Nr
转子极数 4 6 8 10 12 14 16
相数与转矩、性能关系：
步进角(度) 30 15 9 6 4.28 3.21
相2.数5 越大，转矩脉动越小，但成本越高，故常 用三相、四相，还有人在研究两相、单相SRM
低于三相的SRM 没有自起动能力
第2章开关磁利阻电用机 永磁体辅助起动的单相SR电动机
PM
2.1.2 第2章开关磁阻电机 运行原理：磁阻最小原理
磁通总要沿着磁阻最小路径闭合，一定形状的铁心 在移动到最小磁阻位置时，必定使自己的轴线与主 磁场的轴线重合
A-A’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与A-A’重合 B-B’ 通电 ⃗ 2-2‘ 与B-B’重合 C-C’ 通电 ⃗ 3-3‘ 与C-C’重合 D-D’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与D-D’重合
3、步距角 qb=tr/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。
第2章开关磁阻2电.机1.3 开关磁阻电动机的相数与结
构
相数与级数关系
Ns Nr
2km Ns 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为偶数。
v SR电机的控制策略研究：
™ 最优控制，减小转矩脉动、降低噪声 ™ 具有较高动态性能、算法简单、可抑制参数变化、扰动及
各种不确定性干扰的新型控制策略 ™ 智能控制策略
v SR电机的无位置传感器控制 v SR电机的振动、噪声研究 v 无轴承SR电机研究（磁悬浮） v SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等