开关磁阻电动机原理演示文稿
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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2ppt课件(共75张PPT)
i( ) US
on
Lmin
( on≤ <
电流斩波的最高限速为 2)
SR电动机的起动运行
四相SR电动机的矩角特性
两相起动时合成转矩波形
SR电动机的四象限运行控制
SR电动机正反转控制原理
制动状态下L, ,i,Te与转子 位置角 的关系示意图
2.4 SRM 功率变换器
• 功率变换器是直流电源和SRM的接口，起着 将电能分配到SRM绕组中的作用，同时接受 控制器的控制。
给定速度通过DSP的ADC模块输入，实际速度由位置传感器来检 测发。、生通单过元捕输获出单PW元M输信入号。，DPSWP利M用信P号I算经法光通电过隔比离较输单入元到和功P率W器M 件的驱动电路，控制器件开、关，实现SRM闭环调速。
基于DSP的SRD系统硬件介绍
2〕位置信号输入电路：光电传感器反馈转子位置信 号。通过F2407 的捕获单元(CAP1～4) 对脉冲信号 进行实时检测来实现对转子位置信号的检测。
M法测速原理图
T法测速原理图
M/T法测速
m1
M/T法测速
Tc Td
原理
Tc HSO.0
SP
m2
D触发器
D
Td
CP
Q
HSI.0
HSI.1
M/T法测速方案之一
2.5.3 电流检测
SR电动机电阻采样电流检测电路
霍尔电流传感器检测电路
四相SR电动机电流检测
三相SR电动机电流检测
2.6 SRD控制系统原理及其实现
运 与SRM转子同轴安装的
动 部 分
遮光盘、遮光盘有6个30o 间隔的齿
位置信号检测电路原理图
光电耦 合器件
VG为光耦，R1、R2限流电阻，两个非门 对输出信号进行整形，以消除毛刺和上 升沿、下降沿。
《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'
开关磁阻电机演示文稿
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
2.1.1 SRD传动系统的组成
SR电动机定、转子实际结构
SR电动机定、转子实际结构
工作机理
❖ 开关磁阻电机的工作机理基于磁通总是沿磁导最大的路 径闭合的原理。
❖ 当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁场就 会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁导最大的 位置。
电机的定子铁芯有六个齿极， 由导磁良好的硅钢片冲制。
电机的转子铁芯有四个齿极， 由导磁良好的硅钢片冲制。
由于定子与转子都有凸起的齿极，这种形式也称为双凸极结 构。在定子齿极上绕有线圈（定子绕组），用来向电机提供工 作磁场。在转子上没有线圈，这是磁阻电机的主要特点。
在讲电动机工作原理时常用通电导线在磁场中 受力来解释电动机旋转的道理，磁阻电机转子上没 有绕组，那是靠什么力推动转子转动呢？
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
下面通过一个开关磁阻电动机原理模型来介绍工作原理。
从此，世界上大批学者投入到SR电机的研究领域。
到日前为止，在SRD系统的开发研制方面，英国一直处于国际领先 地位。除英国外，美国、中国、加拿大、印度、韩国等国家也都开 展了SRD系统的研究工作。
通过20多年的研究和改进，SRD的性能不断提高，目前已能在数百 瓦到数百千瓦的功率范围内使其性能不低于其他形式的电机。
《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
-
+
开关磁阻电机的原理及其控制系统
开关磁阻电机的原理及其控制系统开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速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、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。
一、开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。
因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。
所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。
开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。
定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片的结构如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子结构图图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1. S2是电子开关，VD1, VD2是二极管，是直流电源。
电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。
电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。
当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时，开关S1, S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。
通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线O1向定子A相磁极轴线OA趋近。
当OA和O1轴线重合时，转子己达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失。
开关磁阻电机的原理及其控制系统
开关磁阻电机的原理及其控制系统开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速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、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。
一、开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。
因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。
所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。
开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。
定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片的结构如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子结构图图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1. S2是电子开关，VD1, VD2是二极管，是直流电源。
电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。
电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。
当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时，开关S1, S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。
通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线O1向定子A相磁极轴线OA趋近。
当OA和O1轴线重合时，转子己达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失。
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α 图5-26 不同 1 时相电流波形
(3)第三段 t2tt3(2 3)
在反向电压－Us的作 用 下 绕 组 磁 链 开 始 线
性 下 降，电 流 也 逐 渐 减小。
由于在这一区间仍是 L/，续0流电流仍产生电
动转矩，说明在这一阶段电机中的磁场储能有一 部分转化为有用的机械能从电机轴上输出，而另 一部分转化为电能回馈给了电容器。
i Ust
Lk
r
Lt
(5-1(9i)0)
式中
LKLmi n L(11)
这时的电流主要用于产生电磁转矩，因此这一段电流的大小直 接影响电动机的出力。
从5-19可以看出， 开关磁阻电机的 负载电流与许多 参数有关，其中 属于可控的因素 是导通角α1，不 同 α1的可能形成
不同的电流波形。 如图 5-26所示。
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
f
n 60
Nr
(5-10)
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
当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁 场就会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁 导最大的位置。
当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将 一步一步地沿着通电相序相反的方向转动。
如果改变定子各相的通电次序，电机将改变转向。 但相电流通流方向的改变是不会影响转子的转向的。
转速的计算
由于开关磁阻电机的转矩是靠定、转子的凸极效应产生，与绕组中 所通电流极性无关，因此每相绕组中通入的可以是单方向的电流(脉 冲)，无须交变。这样不但可使控制每相电流的功率开关元件数量减 少一半，而且可以避免一般电压型逆变器中最危险的上、下桥臂元 件直通的故障，不但显著降低控制装置的成本，而且大大提高了系 统的安全可靠性。
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
图5-22 开关磁阻电动机的基本结构
工作机理
开关磁阻电机的工作机理与磁阻(反应)式步进电动机 一样，基于磁通总是沿磁导最大的路径闭合的原理。
则为
fD
mNr n 60
(5-12)
优点
开关磁阻电机由于转子上没有绕组，定子线圈的端部又很短，不但 制造方便，而且线圈的发热量小且容易散热，从而电磁负荷可以提 高，电机利用系数可达异步电机利用系数的 1.4倍，电机制造成本 大为降低。
由于转子上无线圈，转动惯量小，具有较高的转矩/惯量比，所以特 别适合于高速运行。
不足
开关磁阻电机的主要问题是它产生的电磁 转矩脉动较大，振动与噪声较严重，此外 功率开关元件关断时还会在电机定子绕组 端部及开关器件上产生较高的电压尖峰。
为了解决这些问题已设计出不同的控制方 案，图 5-23为一种较为常用的四相开关磁 阻电机功率电路形式。
图5-23 四相开关磁阻电动机原理接线图
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 Ld d tiiR 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
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。
在开关磁阻电机中，电磁转矩的调节主要 是通过控制功率开关的开、关时刻，即开
关元件的导通角 α1和截止角α2 来实现的
设在图 5-24中 的 I 区 内 触 发 导 通 功
率 开 关 (α1<θ1)；在 II 区内关断功率开 关 (θ1<α1<θ3)。在这种情况下，相电流
i Us t
通过合理选择导L m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(12)
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：
开关磁阻电动机原理演示文稿
一、开关磁阻电动机的工作原 理
关磁阻电动机传动系统(简称 SRD系统) 是最近20年来开发成功的一种新型电气传 动系统，它由开关磁阻电动机(简称 SR电 机或 SRM)、功率变换器、转子位置检测 器和控制器所组成，如图 5-21所示。
图5-21 开关磁阻电动机传动系统结构
的波形将如图 5-25所示，它可以分为五 段。
图5-25 电动机工作时的相电流波形
电流特性
(1)第一段 0tt1(1 1)
在t=0(θ=α1 )时，功率开关导通，相绕组开始通
电。但在这段区间由于电感小且 L，/故 无0旋
转电势，所以在这阶段中相电流作线性增长，上 升速率较快。如不计电阻影响，由式5-15可得
这时在反压及旋转电势的作用下相电流以较快的
速率下降，其规律可表达为
i 2 max U st
LK
L
rt
(5-22)
(4)第四段 t3tt1(34)
在这个区段由于L/，0 而没有旋转电势存在，
相电流不产生电磁转，只在外界反向电压－
位置 θ的变化率有关：当电感随 θ角的增大而增大时 为正，当电感随 θ角的增大而减小时为负。
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
二、开关磁阻电动机的运行分 析
开关磁阻电动机依靠定转 子的凸极效应产生电磁转 矩，其机理可以用相绕组
电感 L随转子位置变化的
关系来说明。
如果忽略电机磁路饱和的 影响，则相绕组电感与电 流大小无关；如不计磁场 边缘扩散效应，则相绕组
电感随转子位置 θ的变化 规律 L(θ)将如图 5-24所示，
近似为一梯形波。