开关磁阻调速电动机(SRD)介绍
开关磁阻电动机驱动系统简介
开关磁阻电动机驱动系统（SRD）简介开关磁阻电动机驱动系统（SRD）是较为复杂的机电一体化装置，SRD的运行需要在线实时检测的反馈量一般有转子位置、速度及电流等，然后根据控制目标综合这些信息给出控制指令，实现运行控制及保护等功能。
转子位置检测环节是SRD的重要组成部分，检测到的转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切换的根据，也为速度控制环节提供了速度反馈信号。
开关磁阻电机具有再生的能力，系统效率高。
对开关磁阻电机的理论研究和实践证明，该系统具有许多显著的优点：（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。
（4）功率变换器不会出现直通故障，可靠性高。
（5）起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。
（6）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩－速度特性。
（7）在宽广的转速和功率范围内都具有高效率（8）能四象限运行，具有较强的再生制动能力。
（9）容错能力强。
开关磁阻电机的容错体现在电机某一相损坏，电机照样可以运行。
与当前广泛应用的变频调速感应电动机相比，开关磁阻电机在成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热性等都具有明显的优势或竞争力。
如果说第一代开关磁阻电机（1983年研制）在小功率范围的效率比高效变频调速感应电动机低，第二代开关磁阻电机（1988年研制）的效率已全面超过了高效变频调速感应电动机。
更难得的是，开关磁阻电机在宽广的速度和功率范围内都能保持较高的效率，这是变频调速感应电动机难以比拟的。
感应电动机要取得与直流电机相近的调速特性需采用复杂的矢量控制系统，而开关磁阻电机通过调整开通角、关断角、电压和电流，可以得到不同负载要求的机械特性，控制简单、灵活，能容易地实现软启动和四象限运行，而且由于这是一种纯逻辑的控制方式，很容易智能化，通过修改软件调整电机工作特性满足不同应用要求。
大功率SRD和变频器的比较
电机可以工频运行
不能实现控制器、电机一 可 实 现 控 制 器 电 机 一 拖
拖二结构
二结构
噪声较大 SRD 电机需要安装位置传 感器，降低可靠性
噪声小 可以不安装传感器
25
三、 SRD 的不足
z 设备选择调速装置后，一般不再配合机械辅助启动装置， 所以如果调速装置损坏，脱离变频器，直接在工频启动， 对于大多矿用设备实际操作难度很大。
电动车用SRD效率特性MAP图（额定转速2000rpm，转矩167Nm）
350
转矩(N.m)
300 250 200 150 100
50
0.6 0.7
0..675 0.7Fra bibliotek0.6
00.8.85 0.7
0.8 0.85
0.75
0.75 00..885 0.7
0.60.75 0.6
0.75
0.8
0.9 0.9
60%
68.8% 60.6% 86.1% 83.1% 87.5% 86.0% 89.7% 85.9%
100%
76.3% 71.9% 86.7% 82.4% 90.0% 85.9% 89.0% 87.3%
二、 SRD 和变频调速比较
19
3.系统效率比较—SRD的MAP图
配套技术能力 公司具有回馈单元自主 进口回馈单元价格昂贵，国
技术，可完成真正四象限 内没有成熟的中压回馈产
调速装置开发。
品选型。
22
二、 SRD 和变频调速比较
4.其他—服务与支持能力
系统类型
SRD
变频调速
比较项目
技术支持能力 一体化的系统设计，对电 性能不能满足要求时，电机
SRD开关磁阻电动机及其控制
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
（一）开关磁阻电动机SRM
1、工作原理：遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径 （maximum path）闭合的原理，产生磁场拉力形成 转矩——磁阻转矩（reluctance torque）。 2、结构（configuration）：一般采用凸极定子 （salient stator）和凸极转子（rotor）。
command），实现对SR电机运行状态的控制。 构造：由微机或数字逻辑电路（digital logic
circuit）及接口电路（interface circuit）构成。 要求控制器具有如下性能（performance）： 1）电流斩波控制（chopper control）； 2）角度位置控制（angle-position control）； 3）起动（start）、制动（brake）、停车及四象
限运行（four quadrant operation）； 4）速度调节（speed regulating）。
（四）位置检测器
向控制器提供转子位置及速度等信号 （signal），使控制器能正确地决定绕组的导 通（conduction/on）和关断（shut /off）时 刻。通常采用光电器件（photoelectric element）、霍耳元件或电磁线圈法进行位置检 测(detecting)。
定子装有集中绕组（concentrated winding）、直径（diameter）方向相对的两个绕组 串联（series）成为一相。
转子由叠片（laminated iron sheet）构成。无绕 组、无换向器（commutator）、无集电环(slip ring)。
电动车用SRD
（开关磁阻电机调速系统，switched reluctance motor drive）SRD具有电动机结构简单坚固，适用于高速，功率电路可靠性极高，转速范围大，不使用宝贵的稀土资源，价格低廉，并可实现与永磁电机同样的效率和功率密度，因此被誉为最有前途的车用电机系统。
•电机简单、结实、廉价，特别适合于高速
60/110
3500/6500
372
35/130
93.5%
水冷／水冷
纯电动中巴车
35/65
2000/7000
336
35/140
92%
风冷／自然风冷
混合动力大巴车
40/80
3500/6000
336
30/95
93%
水冷／水冷
纯电动中巴车
10/25
2000/6500
312
20/50
91%
水冷／水冷
中混电动轿车
•功率电路可靠性高，功率开关元件与绕组相串联
•转速范围大，高效区宽
•世界领先的专利技术，克服了振动噪声和转矩脉动
车用SRD主要规格
额定/峰值功率
额定/峰值转速
电压
控制器/电机重量
系统效率
冷却方式
适用车型
kw
rpm
v
kg
控制器/电机
100/180
2200/7000
336
80/350
94%
风冷／水冷
纯电动大巴车
8/16
2500/5000
240
10/40
90%
风冷ห้องสมุดไป่ตู้风冷
微型电动轿车
其他电动车用SRD
•1.5kW/90V三轮概念车• 35kW/336V混合动力公交车• 60kW/336V混合动力公交车
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理
半导体器件应用网
/news/192430.html SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理【大比特导读】SRD开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Driver,简称SRD)是磁电机自动化控制技术为基础的机电一体化产品。
它由开关磁阻电动机
与智能电机控制器(驱动器)两部分组成，是继直流电动机、交流异步电动机变频
驱动系统之后发展起来的新一代无极驱动系统。
系统概述
SRD开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Driver,简称SRD)是磁电机自动化控
制技术为基础的机电一体化产品。
它由开关磁阻电动机与智能电机控制器(驱动器)两部分组成，是继直流电动机、交流异步电动机变频驱动系统之后发展起来的新一代无极驱动系统。
系统原理
半导体器件应用网
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理(如图1所示)。
电机内安装有位置传感器，控制器由功率电路和控制电路等单元组成。
工作状态下(如图3所示)，通过控制相绕组的电子开关S1、S2的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。
工作时磁场示意图(如图4所示)
电机结构
SRD电机是定子、转子双凸极可变磁阻电机，定子、转子均由高性能冷轧硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有中绕组，如图2所示。
开关磁阻电动机调速系统在空气压缩机上的应用
开关磁阻电动机调速系统（SRD）在空气压缩机上的应用图 1：开关磁阻电动机原理图一、 SRD 工作原理简介开关磁阻电动机（SRM ）是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。
定子、转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。
开关磁阻电动机可设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。
图1所示电动机为8/6极。
若以图1中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给A →B →C →D 相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给D →C →B →A 相通电，则电动机会顺时针方向转动。
开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，只取决于相绕组通电的顺序。
该电动机结构比鼠笼式交流异步电动机还要简单，其突出的优点是定子上只有几个集中绕组，转子上无任何形式的绕组，机械强度很高，制造简单、可靠性高。
控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断，从而使电动机旋转，旋转方向与电流方向无关。
通过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电动机的旋转方向，通过控制绕组的电流及开通与关断角度可以控制电动机的转速。
控制器原理如图2所示。
模拟量输入RS232模拟量输出开关量输入开关量输出图2：开关磁阻电动机控制器原理图二、SRD系统特性开关磁阻电动机调速系统是由嵌入式微处理器、大规模数字模拟器件、电力电子功率器件及开关磁阻电动机共同组成的新型调速系统，其性能指标比普通交流变频调速系统及直流电机调速系统都要好，它是一种新颖的、高性价比的、具有典型机电一体化结构的无级调速系统。
该系统具有以下优点：1.系统效率高开关磁阻电动机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率比其它调速系统高出至少10%。
在低转速及非额定负载下高效率更加明显。
2.调速范围宽，低速下可长期运转开关磁阻电动机调速系统在整个调速范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
任务五 开关磁阻电机(SRD)
开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。
2 开关磁阻电机发展历史
2.1 SRD机械结构
2.2 电动机定、转子实际结构
下面通过一个 开关磁阻电动 机原理模型来 介绍工作原理
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。
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时间与转子定子间的 相对位置直接相关，故电机还装有转子位置检测装置为准时开关各相线圈电流提供依据，何 相线圈何时通断必须根据转子转到的位置与控制参数决定。
3.2 SRD交流电机控制原理
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。 运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的
当定子绕组通电时，产坐一个单相磁场，其分铀要遵循“磁阻 最小原则”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。因此，当 转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转 子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位置。即两轴线重合位 置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象
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
任务五 开关磁阻电机结构与原理
Switched Reluctance Motor
1.1 两类不同原理的电动机
电机可以根据转矩产 生的原理划分
电磁作用原理产 生转矩的电机
磁阻变化原理产 生转矩的电机
开关磁阻电动机的性能及典型应用
脱水“均工作在最佳的转速上，以实现真正意义上的标准洗、快速洗、轻柔洗、丝绒洗，甚至变速洗。脱水时也可以随意选择旋转的转速。还可以按某些设定的程序来提升转速，让衣物在脱水过程中避免因分布不均造成的振动和噪声。开关磁阻电动机卓越的启动性能可消除洗涤过程中电机频繁正反转启动电流对电网的冲击，使洗涤、换向平稳无噪声。开关磁阻电动机调速系统在全部调速范围内的高效率，可以使洗衣机的耗电量大大减少。
2 结构与性能特点
2.1 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，定子线圈为集中绕组，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；转子仅有硅钢片叠成，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题，转子机械强度极高，可工作于极高转速，转速可达每分钟10万转［2］。
目前国内龙门刨床的主传动系统主要有直流机组形式和异步电动机-电磁离合器形式。大量以直流机组为主拖动系统的刨床，使用到现在大多处于严重老化的状态，电机磨损严重，高速重载时电刷上火花较大，故障频繁，维护工作量大，直接影响正常的生产。此外，该系统不可避免地存在设备庞大、耗电多，噪音高的缺点。异步电动机-电磁离合器系统依靠电磁离合器实现正反转向，离合器磨损严重，工作稳定性不好，且不便调速，仅限用于轻型刨床。
（4）电机的起动电流小，对电瓶无冲击，起动转矩大，适合于重载起动。
（5）无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠，适用于各种恶劣、高温环境，具有良好的适应性。
鉴于以上优点，国内外都有很多开关磁阻电动机在电动汽车、电动客车、电动自行车的实际应用［6］。
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北京中纺锐力机电有限公司
1
目 录
一、SRD是一种什么产品 二、SRD的结构与性能特点 三、SRD的应用
2
一、SRD是一种什么产品？
1பைடு நூலகம்SRD是一种电机调速系统
由SR控制器、SR电动机组成 具备转速连续调节功能
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 450
输入220V 输入380V
T(ms)
0
0
50
100
150
200
250
300
起动特性
制动特性
T(ms)
图示说明：电机带10倍于转子惯量的惯量负载
10
特别适合于要求快速起动制动的机械
二、SRD的结构与性能特点
总体评价 SRD兼有交流系统电动机简单坚固、无刷 无整流子的优点，也兼有直流系统调速性能 好、控制电路简单廉价的优点，并且保持很高 的效率。 国外评论 SRD的出现是电机调速产品发展中的一个 里程碑，并将逐步用于各种工业设备和家用电 器中。
5
二、SRD的结构与性能特点
优点：工作可靠； 成本低廉； 转速调节快；
转速范围大，高效区宽； 不使用稀土。
13
三、SRD的应用
3、机床：龙门刨床、电动螺旋压力机、液压泵站
优点：频繁起停和正反转；
14
快速的转速变化能力；
过载倍数大；
节电效果显著。
三、SRD的应用
4、风机泵类：空气压缩机、水泵、旋转喷射泵
15
优点：重载起动能力强； 系统效率高节电好； 极快的转速调节； 无转速共振点发生。
三、SRD的应用
油田无油梁抽油机
航空起动/发电机
16
高速无梭织机
家用和工业洗衣机
谢谢观看！ --- 2010年
联
17
二、SRD的结构与性能特点
3、高起动转矩、低起动电流 ——150%TH时30%IH
适用于频繁起制动和正反转
8
特别适合重载起动和频繁起动的机械
二、SRD的结构与性能特点
4、四象限可逆调速——完全对称的特性
9
特别适合于车辆牵引、提升机、绞车等
二、SRD的结构与性能特点
5、极快的动态响应时间
主 要 特 点
n (rpm)
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 50 100 150 200 250
n (rpm)
2000
两 种 输 入 电 输入220v--P=15压 输入380v--P=10下 的 速 度 曲 线 对 比 300 350 400
SRD 1.0 83 80 >1.0 0.9 1.2 1.1 74
4
说明： （1）各系统均为 7.5 千瓦，1500 转/分，恒转矩负载 （2）表中电动机效率、单位电机体积的功率、控制能力、控制 单元复杂程度、 可靠性均以直流系统为 1.0 的相对值表示。
一、SRD是一种什么产品？
1、最简单易懂的结构与工作原理
6
●定子绕组轮流通电，吸引转子转动 ； ●可实现转速/转矩调节，电动/发电运行。
二、SRD的结构与性能特点
2、电动机简单坚固
7
没有绕组的转子、坚固耐用的定子 特别适合冲击负载和恶劣环境应用 特别适合高速应用。
6、转速范围大、高效区宽
11
三、SRD的应用
1、煤矿设备：
采煤机、皮带运输机、刮板运输机、绞车、刨煤机…
优点：起动转矩大电流小； 适合恶劣工作环境； 多电机同步运行好； 堵转运行不烧电机。 12
三、SRD的应用
2、电动车辆：混合动力汽车、纯电动汽车、工程车
3
一、SRD是一种什么产品？
2、SRD是一种性能价格比非常优越的调速系统
SRD同几种工业常用的调速系统比较 系统类型 电磁调速 直流电机 交流变频 比较项目 系 统 系统 系 统 成 本 0.8 1.0 1.5 效率（％） ： 77 76 75 额定转速 65 65 38 1/2 额定转速 单位电机体积的功率 0.8 1.0 0.9 控制能力 0.3 1.0 0.5 控制单元复杂程度 0.2 1.0 1.8 可 靠 性 1.3 1.0 0.9 噪 声（dB） 69 65 74