开关磁阻电机-
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能够快速启停和反转的电动机，它的工作原理基于磁阻的变化。
下面是开关磁阻电机的工作原理的详细解释：
1. 结构：开关磁阻电机由定子和转子组成。
定子上有多个绕组，每个绕组之间通过磁阻作为连接。
转子上也有绕组，与定子的绕组相连。
2. 动作原理：当电流通过定子的绕组时，会在绕组中产生一个磁场。
当转子中的绕组与定子绕组的磁场相互作用时，转子会受到一个力矩的作用，使其转动。
3. 磁场调节：开关磁阻电机通过改变传感器绕组中的电流方向来改变磁场的方向。
改变磁场的方向可以改变转子所受到的力矩的方向，从而实现电机的启动、停止和反转。
4. 工作过程：当需要启动电机时，通过改变传感器绕组中的电流方向，改变磁场的方向，使转子受到力矩的作用开始转动。
当需要停止电机时，改变电流方向，使磁场的方向与转动方向相反，转子受到的力矩变为阻碍转动的力矩，从而停止电机的转动。
当需要反转电机时，改变电流方向，使磁场的方向与原来相反，从而改变转子受到的力矩方向，使电机反向转动。
总之，开关磁阻电机的工作原理是通过改变磁场的方向来实现电机的启动、停止和反转，从而能够快速调节和控制电机的运转状态。
开关磁阻电机的特点
开关磁阻电机的特点1.极高的功率密度：开关磁阻电机由于使用了细小的电磁线圈，可以在相对较小的体积内产生极高的输出功率。
这使得它成为在有限空间内需要高功率输出的应用中的理想选择，如汽车动力传动系统。
2.高效率：开关磁阻电机由于没有永磁体或励磁线圈，消除了传统电机中额外的能量损耗，因此具有较高的能量转换效率。
与传统的交流电机和直流电机相比，开关磁阻电机更加能够将输入的电能转换为机械能，减少了能量损耗。
3.简单的结构：开关磁阻电机由于没有复杂的磁路结构和励磁线圈，其结构非常简单。
这使得它易于制造、组装和维护，降低了制造成本。
4.较高的可靠性：开关磁阻电机的电磁绕组没有连续的电流流过，因此绕组的热量产生和温度升高较小。
这降低了电机因绕组过热而损坏的风险。
此外，开关磁阻电机结构简单，减少了故障和损坏的可能性。
5.良好的动态响应：开关磁阻电机的运行速度和转矩可以被快速地控制和调节。
由于电流的瞬时反向和转换较快的速度，开关磁阻电机具有更好的动态响应特性，因此适用于需要快速启动和停止、变速和定位控制的应用。
6.可逆性：开关磁阻电机具有可逆性，可以在正向和反向运行。
这使得它在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷帘门、交通信号灯等。
7.无需永磁体：与传统的永磁电机相比，开关磁阻电机不需要使用昂贵的稀土永磁体。
这降低了电机的制造成本，并减少了对稀土资源的依赖。
8.低噪音和振动：开关磁阻电机由于没有永磁体和励磁线圈，减少了机械振动和磁噪音的产生。
因此，它是一种较为安静的电机，适用于对噪音和振动要求较高的应用中。
总结起来，开关磁阻电机具有高功率密度、高效率、简单的结构、较高的可靠性、良好的动态响应、可逆性、无需永磁体、低噪音和振动等特点。
这些特点使得开关磁阻电机在许多领域中成为一种非常有竞争力的电机选择。
《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
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。
开关磁阻电机
CREATE TOGETHER
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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
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be delivered to a moving part, but it complicates the electrical design as
some sort of switching system needs to be used to deliver power to the different windings. With modern electronic devices, precisely timed switching is not a problem, and the SRM (Switched Reluctance Motor) is a popular design for modern stepper motors. Its main drawback is torque ripple. The SRM has the stator windings. The rotor however has no magnets or coils attached. It is a salient-pole rotor made of soft magnetic
第12章 开关磁阻电机
河南理工大学
12.1 概述
开关磁阻电机驱动系统： Switched Reluctance Drive, SRD
——开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM ）
也称为变磁阻电机（Variable Reluctance Motor, VRM ） ——微控制器（ Micro Control Unit, MCU ）
第12章 开关磁阻电机
河南理工大学
开关磁阻电动机
（Switched Reluctance Drive ：SRD）
控制电机
Control Electrical Machine
第12章 开关阻电机
开关磁阻电机的本体结构：
河南理工大学
开关磁阻电机定子和转子均采用凸 极结构。定子和转子铁芯均用硅钢 片冲成一定形状的齿槽，然后叠压 而成。定子采用集中绕组。转子上 既无绕组也无永磁体。
align the rotor pole with the nearest stator pole. In order to maintain rotation, an electronic control system switches on the windings of stator poles in sequence, so that the magnetic field of the stator "leads" the rotor pole, pulling it forward. Rather than using a troublesome highmaintenance mechanical commutator to switch the winding current as in traditional motors, the switched-reluctance motor uses an electronic position sensor to determine the angle of the rotor shaft and control electronics to switch the stator windings, which also offers the opportunity for dynamic control of pulse timing and shaping. This differs from the induction motor which also has windings that are energised in a rotating phased sequence. an induction motor has slip, and rotates at slightly less than synchronous speed. This absence of slip makes it possible to know the rotor position exactly, and the motor can be stepped arbitrarily slowly. 控制电机 Control Electrical Machine
控制电机
Control Electrical Machine
Introduction
The switched reluctance motor (SRM) is a type of a stepper motor, an electric motor that runs by reluctance torque. Unlike common DC motor types, power is delivered to windings in the stator (case) rather than the rotor. This greatly simplifies mechanical design as power does not have to
——电力电子电路（ Power Electronic Circuits, PEC ） ——检测电路（ Detection circuit ）
开关磁阻电机的优点：结构简单坚固，起动和低速时转矩大、电流
小，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。有很好的容错能力。
应用：开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用
material (often laminated-steel). When power is applied to the stator
windings, the rotor's magnetic reluctance creates a force that attempts to 控制电机 Control Electrical Machine