开关磁阻电机控制原理
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。
开关磁阻电机原理和应用
开关磁阻电机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。
它的构造简单稳固，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，而转子位置检测器那么安装在电机的一端。
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、磁通状态直承受开关控制，故称为开关磁阻电动机。
特征开关磁阻电机构造简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种上下速驱动调速系统。
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◆其构造简单，价格廉价，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。
◆转子上没有电刷构造稳固，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，控制灵敏，易于实现各种再生制动才能。
◆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，假设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，增加了构造复杂性，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，转矩脉动大会表达的更加明显。
假设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，需要参加更加复杂的算法。
开关磁阻电机工作原理
开关磁阻电机的定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成，这种加工工艺可尽可能地减小电机的涡流及磁滞损耗。
转子极上既没有绕组也没有永磁体，更没有换向器、滑环等，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一相，电机整体结构简单。
开关磁阻电机是利用转子磁阻不均匀而产生转矩的电机，又称反应式同步电动机，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。
它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩，即：“磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。
开关磁阻电机的磁阻随着转子凸极与定子凸极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子凸极和定子凸极中心线对准时，相绕组电感最大，磁阻最小，当转子凹槽和定子凸极中心线对准时，相绕组电感最小，磁阻最大。
开关磁阻电动机原理
通过合理选择导Lm通in 角 α1使相电流在进入有效工
作段时就达到足够大的数值，这是开关磁阻电机 控制电磁转矩的主要办法。
(2)第二段
t1 t t2 (1 2 )
• 这段期间 L在不断增大，因而相绕组中出现了旋转电势压降，绕 组中电流不能继续直线上升，甚至可能出现下降。求得这段期 间电流关系式为：
近似为一梯形波。
图5-24 相绕组电感变化规律
转矩特性
• 当开关磁阻电机由图 5-23所示的电源供电时，如果
电动机匀速旋转，可得
Us
L
di dt
iR i(5r-1L5)
式中，等号右边第一项为平衡绕组中变压器电势的压降；
第二项为电阻压降；
第三项为旋转电势所引起的压降，它只有在
电感随转子位置而变时才存在，其方向与电感随转子
设：定子绕组为m相，定子齿数 Ns=2m，转子齿数为Nr。
当定子绕组换流通电一次时，转子转过一个转子齿距。
这样定子需切换通电 Nr次转子才转过一周，故电机转
速 n(r/min)与相绕组电压的开关频率 f之间的关系为
(5-10) n 60 f
Nr
f Nrn 60
(5-11)
给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率
间在 1/4周期左右，再加上续流时间，整个 通电过程中相绕组有可能均处在电感随转角 而增长的环境中，电流能有效地产生电磁转 矩。
双四 拍 运 行(每相通电1/2周期)
• 缺点：
▪ 电流产生转矩的有效性将降低，而电流在绕组中的损耗 却随着通流时间的增长而增加。
▪ 此外，在双四拍工作方式下由于有两相同时通电，电机 磁路饱和加剧，会进一步降低电机的输出转矩，影响运 行的效果及性能。
开关磁阻电机工作原理
开关磁阻电机工作原理开关磁阻电机是一种新型的电机，它采用了开关磁阻原理，具有结构简单、效率高、噪音低等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
那么，开关磁阻电机是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨开关磁阻电机的工作原理。
首先，我们需要了解开关磁阻原理。
开关磁阻原理是指通过改变磁路的磁阻来控制电机的运动。
在开关磁阻电机中，磁路由磁铁、磁导体和空气间隙组成。
通过改变磁导体的导磁性能，可以改变磁路的磁阻，从而控制电机的运动。
这种原理使得开关磁阻电机具有了结构简单、响应速度快的特点。
其次，开关磁阻电机的工作原理是基于磁阻变化来实现的。
当电流通过磁导体时，磁导体的导磁性能会发生变化，从而改变磁路的磁阻。
通过控制电流的大小和方向，可以实现对磁路磁阻的精确控制。
当磁路的磁阻发生变化时，磁场的分布也会发生变化，从而产生了磁力，推动电机的转子运动。
在开关磁阻电机中，通常会采用开关元件来控制电流的大小和方向。
通过控制开关元件的通断，可以实现对电流的精确控制，从而实现对磁路磁阻的精确控制。
这种精确控制使得开关磁阻电机具有了高效率、高精度的特点。
此外，开关磁阻电机还具有了响应速度快、噪音低的特点。
由于开关磁阻电机采用了数字化控制，可以实现对电流的快速调节，从而实现了响应速度快的特点。
同时，由于开关磁阻电机不需要传统的机械换向装置，因此噪音也大大降低了。
综上所述，开关磁阻电机是一种利用开关磁阻原理实现运动控制的新型电机。
它具有了结构简单、效率高、响应速度快、噪音低的特点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对开关磁阻电机的工作原理有一个更加深入的了解。
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统首先，让我们来了解开关磁阻电机的原理。
它由一组互相串联的磁电阻元件组成，安装在定子上。
这些磁电阻元件是由永磁材料制成的，具有高磁导率。
当电流通过磁阻元件时，它们变为“ON”状态，并形成低磁阻通路，允许磁通通过。
当电流终止时，它们恢复为“OFF”状态，形成高磁阻通路，磁通不再通过。
这种可逆性允许电机在电流方向改变时，磁通的方向也随之改变，从而实现了转子的转动。
1.电源：为电机提供所需的电能。
通常使用直流电源来驱动开关磁阻电机，但也可以使用交流电源。
2.驱动电路：将电源提供的直流电转换为适合电机工作的电流和电压。
驱动电路通常由功率放大器和控制电路组成。
功率放大器用于放大驱动电流，以控制磁阻元件的磁化状态。
控制电路用于监测电机的运行状态，并根据需要调整驱动信号。
3.控制电路：根据用户的指令或外部传感器的反馈信号，控制电机的运行速度和转向。
控制电路根据需要向驱动电路发送控制信号，以改变驱动电流的大小和方向。
开关磁阻电机的驱动系统通过控制磁化状态来改变磁通，从而控制电机的转动。
当需要驱动电机时，控制电路向驱动电路发送启动信号，驱动电路放大信号并向磁阻元件提供足够的电流，使其进入“ON”状态。
这时，磁通开始通过，产生转矩，驱动转子开始转动。
当需要改变电机的转向时，控制电路改变驱动电流的方向，使磁通方向相应改变。
需要注意的是，开关磁阻电机的驱动系统需要根据具体的电机参数和工作要求进行设计和调整，以实现最佳的性能和效率。
驱动系统应能提供足够的功率和精确的控制，以满足电机的转矩和速度需求，并确保电机的稳定运行。
综上所述，开关磁阻电机的工作原理基于磁阻效应，并由驱动系统控制。
驱动系统由电源、驱动电路和控制电路组成，通过改变磁化状态来改变磁通，从而驱动电机的转动。
这种电机具有结构简单、转速范围广、效率高等特点，适用于许多工业应用领域。
§7.2开关磁阻电动机原理
L (θ 4 α 1 ) θ
(i > 0)
(5-25)
式中
LB = Lmax +
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开关磁阻电机要实 现再生制动非常方 便,只要加大α1 使相电流主要出现 在 L / θ < 0 ,的 区段即可,其电流, 磁链,电感,转矩 和转子位置角θ的 关系如图 5-27所 示.
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图5-21 开关磁阻电动机传动系统结构
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基本结构 定子和转子均为凸极结构 定子和转子的齿数不等,转子齿数一般比定 子少两个 定子齿上套有集中线圈,两个空间位置相对 的定子齿线圈相串联,形成一相绕组 转子由铁心叠片而成,其上无绕组 如图5-22所示
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4.开关磁阻电机的控制方式 开关磁阻电机的控制方式
单四 拍 运 行(每相通电 1/4周 期) 在这种运行方式中,电源向绕组供电的 时间在 1/4周期左右,再加上续流时间,整 个通电过程中相绕组有可能均处在电感随转 角而增长的环境中,电流能有效地产生电磁 转矩.
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旋转电势引起的压降为正表示吸收电功率, 产生驱动转矩,输出机械功 当旋转电势引起的压降为负则表示是发出电 功率,产生制动转矩 所以在开关磁阻电机中,为获得较大的有效 转矩应避免产生制动转矩,在绕组电感开始 随转子位置角 θ的增大而减少时应尽快使 绕组中电流衰减到零,这点十分重要.
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转速的计算 设:定子绕组为m相,定子齿数 Ns=2m,转子齿数为Nr.
当定子绕组换流通电一次时,转子转过一个转子齿 距.这样定子需切换通电 Nr次转子才转过一周,故电 机转速 n(r/min)与相绕组电压的开关频率 f之间的关系 f 为 (5-10) n = 60 (5-11) 给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率 则为 (5-12) mN r n
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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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开关磁阻电机控制原理
首先，让我们来了解SRM的工作原理。
SRM由铁心、定子和转子组成，其中定子是由若干个相间的线圈组成，而转子则是由多个齿隙组成。
当施
加电流到定子线圈时，线圈产生磁场并吸引转子上的磁极，使得转子转动。
与其他类型的电机相比，SRM没有永磁体，因此其转子结构更简单。
1. 电流控制（Current Control）：
SRM的电流控制是通过施加电流来控制电机的转矩和速度。
首先需要
测量电机的位置和速度，以便根据实际情况调整电流。
通常使用位置传感
器（如霍尔传感器）来测量转子位置，然后通过计算得到电机的速度。
基
于这些测量结果，控制器可以确定如何调整电流的大小和方向，以实现所
需的转矩和速度。
在电流控制过程中，还需要考虑到电机的特性和限制。
例如，如果电
流过大，可能会导致电机过热或损坏。
因此，控制器需要根据电机的额定
电流和温度来限制电流的大小。
此外，还需要考虑到电机的响应时间，以
确保电流调整的快速性和准确性。
2. 位置控制（Position Control）：
SRM的位置控制是用于确定和保持转子的精确位置。
在SRM中，转子
的位置是由电流和磁场之间的相对位置决定的。
通常使用位置传感器（如
霍尔传感器或编码器）来测量转子位置，并将这些位置信息传递给控制器。
控制器使用这些位置信息来调整电流的大小和方向，以将转子移动到所需
的位置。
在位置控制过程中，控制器需要根据转子的位置误差来决定调整电流
的方向和大小。
通常使用位置反馈控制算法（如PID控制）来实现这一目
标。
控制器将位置误差和其他参数（如转子惯性、负载和电机特性）纳入考虑，并根据算法的要求来调整电流。
在实际应用中，位置控制通常需要考虑到转子位置的精确性以及抗干扰和鲁棒性等问题。
总结起来，开关磁阻电机的控制原理主要包括电流控制和位置控制两个方面。
电流控制用于调整电机的转矩和速度，而位置控制用于确定和保持转子的精确位置。
控制器根据电机的特性和限制，使用合适的控制算法来实现所需的控制效果。
通过合理的电流和位置控制，可以使SRM具备优秀的性能和可靠性，适用于各种应用场景。