开关磁阻
开关磁阻调速电机节能原理
开关磁阻调速电机节能原理开关磁阻调速电机是一种应用于工业和民用领域中的节能电动机，通过调节其磁场的大小和方向来调节其转速和输出功率。
本文将从开关磁阻调速电机的工作原理、节能机制和应用方向三个方面来详细介绍其相关知识。
一、开关磁阻调速电机的工作原理开关磁阻调速电机是一种异步电机，其转速控制是在转子回路中通过改变磁阻来实现的。
转子是由饼形磁性材料组成的，磁性材料的形状和结构可以改变磁路的磁阻。
转子上通过一个用于控制磁阻的磁阻器，通电时通过电极的信号来改变磁阻的大小和方向，从而调节转子的转速和输出功率。
具体来说，开关磁阻调速电机的转速调节是通过控制磁阻、定子电流和电源电压实现的。
在正常运行时，定子的电流和磁场是稳定的，其转速只有受到外力的影响才会发生改变。
当需要调节转速和输出功率时，通过控制磁阻的大小和方向来调节转速，其中磁阻的大小和方向是由外部电路控制的。
二、开关磁阻调速电机的节能机制开关磁阻调速电机的节能机制主要是通过控制磁阻来达到调节转速和输出功率的目的，从而达到节能的目的。
具体来说，其节能机制主要包括以下几个方面：1. 降低系统能耗：开关磁阻调速电机具有优秀的调速性能和调节范围，可以根据负载的需要来调整转速和输出功率，从而避免了传统机械式调速的能耗浪费。
2. 减少定子电流损耗：基于软启动和启停控制技术等节能模式，开关磁阻调速电机在正常工作时可以减少定子的电流损耗，从而减少了能耗。
3. 调整负载适配性：开关磁阻调速电机可以根据不同的负载变化动态调整其转速和输出功率，从而调整负载适配性，减少了能耗和误差。
三、开关磁阻调速电机的应用方向开关磁阻调速电机可以广泛应用于工业和民用领域，其中包括以下方面：1. 工业生产：开关磁阻调速电机广泛应用于机械设备、输送机、冷却塔、风机、泵、压缩机和阀门等工业场合中。
2. 社会生活：开关磁阻调速电机也广泛应用于家庭电器、供暖设备、空气净化器、吸尘器等社会生活场合中。
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15 开关磁阻电机本章我们将简化RMxprt 一些基本操作的介绍，以便介绍一些更高级的使用。
有关RMxprt 基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。
15.1基本理论开关磁阻电机的定子和转子均为凸极结构，通常定子的极对数大于转子的极对数。
定子磁极上有多相集中绕组，转子上无绕组。
当定子上某（些）绕组通电时，由于磁阻的差异，转子将受到力矩的作用，转子磁极向与定子磁极对齐（磁阻最小）的位置转动，以使定子绕组获得最大的磁链。
绕组的相数是定子极数与定、转子极数的最小公约数之比。
在开关磁阻电动机(SRM)中，定子和转子的极数不同，转子上设有位置传感器，定子电流严格地根据转子的位置换向。
转子的位置信号通过位置传感器获得。
定子绕组按顺序触发，一般情况下当一相绕组电流关断或快要关断时，下一相绕组被触发。
因此可以忽略两相绕组间的相互影响。
一相的电压方程为： t i i R u u S T d ),(d θψ++= (15.1)式中u T 表示晶体管或二极管的压降，R S 表示定子绕组电阻。
Ψ (θ, i )表示转子在θ位置，绕组电流为i 时绕组的磁链，如图15.1所示，当转子槽的中心与绕组轴线对齐时转子的位置为0。
图 15.1 Ψ (θ， i)令)(),(),(θθθθL i i i i L =ψ≈∂ψ∂= (15.2))(),(θθθθθG L i i 1G =∂∂≈∂ψ∂=(15.3)得出 i G i L i R u u e S T ωθ+++=p(15.4)式中ωe 表示转速，用电角度表示，微分算子为： t d dp = (15.5)瞬时电磁转矩t 2为：22Gi 21t = (15.6) 输入电功率可由电压和电流获得：⎰=T 1t ui T 1P 0d (15.7)输出的机械功率为：)(Fe t Cua fw 12P P P P P P +++-= (15.8) 式中P fw ，P Cua ，P t 和P Fe 分别表示摩擦和风损耗、电枢铜损耗、晶体管/二极管压降损耗和铁心损耗。
开关磁阻电机结构原理
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
开关磁阻电机控制系统的结构组成。
开关磁阻电机控制系统的结构组成包括以下几个方面：控制器：控制器是开关磁阻电机控制系统的核心部分，它根据输入的指令信号，经过处理后，向电机的主电路输出相应的控制信号，控制电机的转速和转向。
控制器主要由功率电路和控制电路组成，其中功率电路主要完成对电机主电路的控制，而控制电路则负责接收和处理输入的指令信号。
功率变换器：功率变换器是开关磁阻电机控制系统的重要组成部分，它能够根据控制器的控制信号，对电机的输入电源进行调制，从而实现对电机转矩和转速的控制。
功率变换器一般由开关管、二极管等电子元件组成。
位置检测器：位置检测器用于检测电机的转子位置和转速，将检测到的信号反馈给控制器，控制器再根据反馈信号调整控制信号，实现电机的闭环控制。
开关磁阻电机：开关磁阻电机是开关磁阻电机控制系统的被控对象，它是一种双凸极可变磁阻电机，其转子的凸极和定子的凸极相对，当电流通过电机绕组时，产生磁场使转子旋转。
总的来说，开关磁阻电机控制系统通过控制器、功率变换器、位置检测器和开关磁阻电机的协同工作，实现对电机的高效、精确控制。
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。
开关磁阻电机的电磁设计
开关磁阻电机的电磁设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种利用磁阻力产生转矩的电机。
在SRM电机中，转动部件是一个由一系列磁场互相耦合的铁磁材料构成的转子，它和定子之间没有任何电磁感应元件。
因此，SRM电机具有许多优点，例如结构简单、容量小、重量轻、高效率以及低成本等。
SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。
其设计目标是使电机的转矩和功率因数优化，并使其达到高效率运行。
为了实现这个目标，需要进行以下几个方面的电磁设计。
首先，需要确定电机的工作原理和各种性能指标。
在SRM电机的设计中，常用的工作原理是磁阻推力原理。
在该原理下，通过改变定子上电流的大小和方向，可以产生一个斥力，进而驱动转子转动。
因此，需要确定电机的定子电流和栅极火花的位置和数量等参数。
其次，需要进行电机的磁路设计。
磁路设计主要包括定子和转子的磁路结构设计。
在定子的磁路设计中，需要确定定子的槽形和定子线圈的绕组方式。
在转子的磁路设计中，需要确定转子的磁阻分布和转子磁通闭合的路径。
通过对定子和转子的磁路设计，可以优化电机的磁通分布，提高电机的磁阻和转矩。
然后，需要进行电机的线圈设计。
线圈设计主要包括定子线圈和转子线圈设计。
定子线圈设计中，要考虑线圈元件的形状和尺寸，以及线圈的绕组结构和电流密度。
转子线圈设计中，要考虑转子线圈的尺寸和形状，以及线圈的绕组方式和电流密度。
通过优化线圈的设计，可以提高电机的工作效率和功率因数。
最后，需要进行电机的性能评估和优化设计。
性能评估主要包括电机的转矩、功率因数、效率等。
通过对电机的性能进行评估，可以找出电机的不足之处，进行相应的优化设计，以提高电机的性能。
总之，SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。
通过合理的电磁设计，可以提高电机的转矩和效率，实现电机的高效运行。
但是，电磁设计还需要考虑其他因素，如电机的机械设计、控制系统设计等。
开关磁阻电机控制原理
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。
《开关磁阻电机》课件
电动汽车的驱动系统需要能够提供更高的扭矩和功率，同时还要具备较 高的可靠性和效率。开关磁阻电机能够满足这些要求，因此在一些高端 电动汽车中得到了应用。
在工业领域的应用
工业领域是开关磁阻电机的重要应用领 域之一，特别是在需要高扭矩、高可靠
性、高效率和高寿命的场合。
发展
开关磁阻电机在发展过程中不断改进和优化，以提高效率、降低成本、减小体积和重量等方面取得显著进展。目 前，开关磁阻电机已经在工业自动化、电动车、家用电器等领域得到广泛应用。
特点与优势
特点
开关磁阻电机具有结构简单、成本低、可靠性高、效率高、调速范围宽等优点。
开关磁阻电机具有更高的能效和可靠性，适 用于需要频繁启动、制动和调速的场合。此外，开关磁阻电机的控制系统简单， 维护方便，适用于各种恶劣环境。
开关磁阻电机的设计、制造和控制系 统已经得到了很大的发展，但仍存在 一些挑战和问题需要进一步研究和解 决。
对未来研究的展望
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，开关磁阻电 机的性能和功能需要进一步优化和完善。
未来的研究将更加注重开关磁阻电机的智能化、高效化、 小型化和轻量化等方面的研究，以适应更加复杂和多变的 应用场景。
在工业领域中，开关磁阻电机主要用于 驱动各种机械设备，如压缩机、泵、风 机、传送带等。由于其高效、可靠、维 护成本低等优点，开关磁阻电机在工业
领域中得到了广泛应用。
在工业自动化和智能制造领域，开关磁 阻电机的高效性和可靠性也得到了广泛 应用，如机器人关节驱动、自动化生产
线等。
在家用电器领域的应用
家用电器是开关磁阻电机的重要应用领域之一，特别是在需要高效、低噪音、低 维护成本的家电产品中。
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图6-3 单相径向-轴向磁通 外转子电动机
相数m 1 2 3 4 5 6 定子极数Ns 2 4 6 8 10 12 转子极数Nr 2 2 4 6 8 10
常见SRM定、转子极数组合方案
SRM的起动能力
❖ 一般低于三相的SRM都不具备自起动能力。如两相电机 在对齐位置(定、转子磁极中心线对齐)和不对齐位置(定子 极与转子槽中心线对齐)时，无论采用怎样的相电流组合 都无法产生转矩，存在转矩“死区”。解决方法为：
❖ 定子上装有简单的集中绕组，直径方向相对的两个绕组 串联在一起，构成“一相”；转子由叠片构成，不需要 任何形式的绕组、换向器、集电环等。
图6-2 开关磁阻电动机的基本结构
开关磁阻电动机的分类
❖ 按相数分： 单相、两相、三相、四相和多相；
❖ 按气隙方向分： 为轴向式、径向式结构和径向-轴向混 合式结构。
①具有较少数量的主开关元件。
②可将电源电压全部加给电动机相绕组。
③主开关器件的电压额定值与电动机接近。
④具备迅速增加相绕组电流的能力。
⑤可以通过主开关器件调制,有效地控制相电流。 ⑥能将绕组储能回馈给电源。
SRD系统功率变换器四种典型形式
图6-5 SRD典型功率变换器
SRD系统功率变换器四种典型形式
分，绕组关断时其贮能不是直接回馈到电源，而是转存到电容上，然后
再回馈到电源。其优点是可工作于相数较多的场合，且加快了绕组放电，
改善了电流波形，提高了系统效率。
3. 位置检测器
❖ SRM位置检测的目的是确定定、转子的相对位 置，是决定绕组通电与关断的依据，也是提 供速度信息从而保证系统的动、静态性能的 依据。目前多采用直接位置检测的方法检测 转子位置，如光电式、电磁式或磁敏式传感 器。
❖ 一是把电机设计成不对称结构；
❖ 二是把一组两个或者两个以上的SR电动机安装在一起串 联运行，所有电机装到同一个公共轴上，定位时将每个 SR电动机与其它的电机错开一定的位置。
❖ 相数多时，虽有利于减小转矩波动，但导致结构复杂、主 开关器件多、成本增高。
2. 功率变换器
❖ 功率变换器是直流电源和SR电动机的接口，在控 制器的控制下起到开关作用，使绕组与电源接通 或断开；同时还为绕组的储能提供回馈路径。性 能优良的功率变换器应同时具备如下条件：
6.1 开关磁阻电动机传动系统
6.1.1 开关磁阻电动机传动系统的组成
❖ 开关磁阻电动机传动系统（简称 SRD 系统）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，如图所示。
图6-1 开关磁阻电动机传动系统框图
1．开关磁阻电动机
❖ 开关磁阻电动机（SRM） 又称变磁阻电机（VRM）， 是 SRD 系统的执行元件。遵循磁通总是要沿着磁组最 小（或磁导最大）的路径闭合的原理，产生磁拉力形成 磁阻性质的电磁转矩。
❖ 开关磁阻电动机通常可分为单边凸极结构和双边凸极结 构两种类型，其显著特征为：转子上既无绕组，也不需 要永磁体，唯一的磁势来自定子绕组。为产生转矩，设 计时必须使得定子绕组的电感随转子位置的变化而变化 （转矩是相电感对转子位置角的导数）。
❖ 在转子结构相同的情况下，双凸极型结构的最大电感与 最小电感的比值更大，可以获得更大的电磁转矩，因此 在实际应用时均采用这一结构型式，如图6-2所示。
第6章 开关磁阻电动机及其控制
主要内容：
❖ 开关磁阻电动机的传动系统 ❖ 开关磁阻电动机的基本电磁关系 ❖ 开关磁阻电动机的运行状态及控制方式
❖ 开关磁阻电动机传动系统的功率变换器、控制器 及位置、电流检测器
❖ 开关磁阻电动机的DSP控制
❖ 要求:重点掌握开关磁阻电动机结构工作原理、运行状态 及控制方式、DSP控制；掌握其传动系统的构成；了解传 动系统中各部件的工作原理与应用。
❖ SRD对位置检测的一般要求是，首先在运行的 速度范围内要满足检测的精度要求；其次要 求电路简单、工作可靠、抗干扰能力强；有 时还要求能在恶劣环境下工作。
❖ 对任一相数为m、定子极数为Ns、转子极数为Nr的SRM而 言，设Ns>Nr,则转子步进角θs为:
❖
sБайду номын сангаас
2 (Ns -Nr )
Ns Nr
❖ 而转子极距角为：
简述
❖ 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。它的结构简单 坚固，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。
❖ 开关磁阻电机覆盖功率范围10W-5MW的各种高、低速驱 动调速系统。这使得开关磁阻电机存在许多潜在的应用领 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）。
1) 不对称半桥式功率变换器电路，每相有两只开关管，同时通断，并有两 只续流二极管。优点是各相绕组电流独立控制，缺点是开关器件数量随 电机相数增多而增多，造价明显提高，适合于高压及大容量场合 。
2) 具有公共开关器件的功率变换器电路，公共开关管在任一相导通时均开 通，公共续流二极管在任一相续流时均参与。所需开关器件大大减少， 可适于相数较多的场合，其造价明显降低，但相数太多公共开关管的额 定电流和额定功率都大大增加，若其损坏，将导致各相同时失控。
序很好地配合起来。
（6-1）
❖
r
ms
(Ns -Nr )
Nr
（6-2）
❖ 转子每转过一个步进角，位置传感器的输出信号则对应变化，
逻辑控制电路据此发出对应相绕组的接通和断开的切换命令。
在一个转子极距角内，共有m个步进角，位置输出信号相应
发生m次变化，当转过一个转子极距角后，位置信号又回到
起始状态，如此往复循环，即可使转子位置与绕组通电的相
3) 双绕组功率变换器电路，每相只有一个开关管，但要求电机每相绕组中 都有一个完全偶合的次级线圈。其优点是开关元件少，缺点是要求功率 开关元件耐压高，接线较多，电机绕组利用率低。
4) 带贮能电容的功率变换器电路，与b) 相比，减少了公共开关器件，从而
克服了公共器件额定电流和额定功率要求高的缺点。增加了贮能电容部