开关磁阻电机原理动画演示说明.pdf

开开关关磁磁阻阻电电机机原原理理动动画画演演示示说说明明集团标准化工作小组 Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN开开关关磁磁阻阻电电动动机机原原理理资料来源：资料来源：开关磁阻电动机（开关磁阻电动机（SRSR）是近些年发展的新型调速电机，结构简单结实、调速范围宽且性能好，）是近些年发展的新型调速电机，结构简单结实、调速范围宽且性能好，现已广泛用在仪器仪表、家电、电动汽车等领域。现已广泛用在仪器仪表、家电、电动汽车等领域。下面通过一个开关磁阻电动机原理模型来介绍工作原理。下面通过一个开关磁阻电动机原理模型来介绍工作原理。双凸极结构双凸极结构磁阻电机的定子铁芯有六个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，见下图。磁阻电机的定子铁芯有六个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，见下图。磁阻电机定子铁芯磁阻电机的转子铁芯有四个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，见下图。磁阻电机的转子铁芯有四个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，见下图。磁阻电机转子铁芯与普通电机一样，转子与定子直接有很小缝隙，转子可在定子内自由转动，见下图。与普通电机一样，转子与定子直接有很小缝隙，转子可在定子内自由转动，见下图。双凸极结构的定子铁芯与转子铁芯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），是向电机提供工作磁场的励磁绕组。绕组），是向电机提供工作磁场的励磁绕组。定子铁芯上有励磁绕组在转子上没有线圈，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，但磁阻电机转子上没有线圈，也无“鼠笼”，那是靠什么力推动转受力来解释电动机旋转的道理，但磁阻电机转子上没有线圈，也无“鼠笼”，那是靠什么力推动转子转动呢磁阻电动机则是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间子转动呢磁阻电动机则是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。的吸引力拉动转子旋转。三相三相 6/46/4 结构工作原理结构工作原理下面通过图示来说明转子的工作原理，下面是磁阻电动机的正视图，定子六个齿极上绕有线下面通过图示来说明转子的工作原理，下面是磁阻电动机的正视图，定子六个齿极上绕有线圈，径向相对的两个线圈连接在一起（标有紫色圆点的线端连接在一起），组成一“相”，该电机圈，径向相对的两个线圈连接在一起（标有紫色圆点的线端连接在一起），组成一“相”，该电机有有 3 3 相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相 6/46/4 结构。在下图标注的结构。在下图标注的 A A 相、相、B B 相、相、C C 相线圈仅相线圈仅为后面分析磁路带来方便，并不是连接普通的三相交流电。为后面分析磁路带来方便，并不是连接普通的三相交流电。磁阻电机励磁绕组分布图在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图，从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图，从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来的。的。A A 相、相、B B 相、相、C C 相线圈由开关控制电流通断，图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电流相线圈由开关控制电流通断，图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电流通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线；约定转子启动前的转角为通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线；约定转子启动前的转角为 0 0 度。度。从左面图起，从左面图起，A A 相线圈接通电源产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看相线圈接通电源产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始异时针转动；中间图是转子转了成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始异时针转动；中间图是转子转了 1010 度的图，右面图是转度的图，右面图是转到到 2020 度的图，磁力一直牵引转子转到度的图，磁力一直牵引转子转到 3030 度为止，到了度为止，到了 3030 度转子不再转动，此时磁路最短。度转子不再转动，此时磁路最短。磁阻电机工作原理示意图-1为了使转子继续转动，在转子转到为了使转子继续转动，在转子转到 3030 度前已切断度前已切断 A A 相电源在相电源在 3030 度时接通度时接通 B B 相电源，磁通从最相电源，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 4040 度的图，右面图度的图，右面图是转到是转到 5050 度的图，磁力一直牵引转子转到度的图，磁力一直牵引转子转到 6060 度为止。度为止。磁阻电机工作原理示意图-2在转子转到在转子转到 6060 度前切断度前切断 B B 相电源在相电源在 6060 度时接通度时接通 C C 相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁相电源，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，中间图是转子转到芯，见下左图。转子继续转动，中间图是转子转到 7070 度的图，右面图是转到度的图，右面图是转到 8080 度的图，磁力一直度的图，磁力一直牵引转子转到牵引转子转到 9090 度为止。度为止。磁阻电机工作原理示意图-3当转子转到当转子转到 9090 度前切断度前切断 C C 相电源，转子在相电源，转子在 9090 度的状态与前面度的状态与前面 0 0 度开始时一样，重复前面过度开始时一样，重复前面过程，接通程，接通 A A 相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。这就是磁阻电动相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。这就是磁阻电动机的工作原理。由于是运用了利用磁阻最小原理，故称为磁阻电动机；又由于电机磁场并非由正弦机的工作原理。由于是运用了利用磁阻最小原理，故称为磁阻电动机；又由于电机磁场并非由正弦波交流电产生，其线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。波交流电产生，其线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。功率变换器功率变换器功率变换器是开关磁阻电动机的电源接口，通过开关晶体管向线圈供电，下面就是三相线圈与功率变换器是开关磁阻电动机的电源接口，通过开关晶体管向线圈供电，下面就是三相线圈与开关晶体管的连接示意图，开关晶体管的连接示意图，BG1BG1、BG2BG2、BG3BG3 是三个开关晶体管，分别控制三相线圈是三个开关晶体管，分别控制三相线圈 A A、B B、C C 的电流的电流通断，三极管旁边并联的二极管是用来续流的。通断，三极管旁边并联的二极管是用来续流的。功率变换器与三相线圈连接示意图功率变换器与三相线圈连接示意图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。线的方向。A A、B B、C 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，这些都需要控制器对功率变换器进行控制，控制器由微处理器据转子转到的位置与控制参数决定，这些都需要控制器对功率变换器进行控制，控制器由微处理器（单片机）与接口电路组成。（单片机）与接口电路组成。