开关磁阻电动机(完整版)实用资料.doc

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1、开关磁阻电动机（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）开关磁阻电动机 摘 要开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor，简称SRM)调速系统(Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD)是一种新型的调速系统。因其结构简单，鲁棒性好，启动转矩大及调速范围宽等特点，日益受到国内外学者的关注.关键词：开关磁阻电动机；调速系统； ABSTRACTSwitched Reluctance Motor Drive is a new adjustable-speed motor system. Its structure is

2、 simple,SRD has robust very well.Its starting torque and a wide range of characteristics of speed, increasing the concern of scholars at home and abroad. This article focuses on the SRM nonlinear mathematical model,Key words: switched reluctance motor drive；Speed Control System 开关磁阻电机的基本结构和原理 开关磁阻电机

3、的基本结构和步进电机非常相似，它是双凸极可变磁阻电机。电机的定子和转子均由硅钢片叠压而成，转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一对磁极，称为“一相”。由于低于三相的SR电动机没有自起动能力；而相数多的SR电动机步距角小，利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高，故目前应用较多的是四相8/6和三相6/4极结构。从原理上看，SR电动机与步进电动机相似，运行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。所以当铁芯与磁场的轴线不重合时，便会有作用力将铁芯拉到磁场的轴线上来，这个作用力就是磁阻电机运行的动力。这是SR电机与步进电机的相似之处，

4、但是，一般步进电动机是开环控制，而SR电机则是闭环控制；另外一般步进电动机是用在角位移较精密的传动方面上，而SR电机是典型的功率型电气传动装置，主要应用在牵引传动方面。因此，SR电机要突出速度控制和实现高效率，所以其结构和控制系统设计思路也大不相同。如图所示为四相8/6极SR电动机结构原理图(图中只简要画出A相绕组及其供电图1-1 四相8/6极SR电动机结构电路。 现以图中四相8/6极SR电机结构所示为例，介绍开关磁阻电动机的工作原理。图中，是电子开关，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，且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，

5、维持电动机的连续运行。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，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。图1-1中，当定子D-D极励磁时，所产生的磁力则力图使转子旋转到转子极轴线1-1与定子极轴线D-D重合的位置，并使D相励磁绕组的电感最大。若以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给DABC相绕组通电，转子即会以逆时针方向连续旋转；反之，若依次给BADC相通电，则电机即会沿着顺时针方向旋转。可以看出，SR电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电的顺序。另外，从图1-1可以看出，当主开关器件导

6、通时，A相绕组从直流电源吸收电能，而当关断时，绕组电流经续流二极管继续流通，并回馈给电源，因此，SR电机传图1-2 相电感、转矩随转子位置的变化图a)相电感随转子位置的变化b)一定电流下转矩随转子位置的变化动的共性特点是具有能量再生作用，系统效率高。 从上面简单的分析可以知道，SR电动机的转矩是由磁路选择最小磁阻结构的趋势来产生的。由于电动机磁路的非线性，通常SR电动机的转矩应根据磁共能来计算，即： （1-1）式中转矩，磁共能，转子位置角，绕组电流显然，磁共能的改变不仅取决于转子的位置，还取决于绕组电流的大小。在对SR电动机性能作定性分析时，为避免繁琐的数学推导，不妨忽略磁路饱和及边缘效应，并

7、假定电感同电流无关。这时，一对定子极下电感随转子位置角的变化曲线如图1-2a所示，电动机每转一圈，电感变化的周期数正比于转子的极对数，该周期的长度为转子极距。基于图1-2a的简化线性模型，式(1-1)可化简为式(1-2)，即： （1-2）由上式可知，相绕组在恒定电流作用下，产生的对应转矩如图1-2b所示。由此可见，SR电动机的转矩方向不受电流方向的影响，仅取决于电感随转角的变化；在相通电的过程中，若，则产生电动转矩；若，则产生制动力矩。因此，通过控制加到SR电动机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置，即可控制SR电动机转矩的大小与方向，这正是SR电动机调速控制的基本原理。SRD系统的

8、组成图1-3 SRD系统基本结构一般SRD系统由SR电机和控制系统组成，基本结构如图1-3所示。SRD系统包括:SR电动机、功率变换器、控制与检测单元、输入输出设备。其中控制系统主要包括功率驱动部份和控制器及检测部分。功率驱动部分是将蓄电池或交流电整流后得到的直流电能量经适当转换后提供给SR电机。由于电机绕组电流是单向的，使得其功率变换器主电路不仅结构较简单，而且相绕组与主开关器件是串联的可以避免直接短路的故障。功率变换器主电路的结构形式与供电电压、电动机相数及主开关器件的种类等有关，它是SRD系统能量传输的关键部分，工作在强电环境下，直接用来控制SR电机相绕组电流的通断来驱动电机转子的运转，

9、是影响系统性能价格比的主要因素。控制器及检测单元是SRD系统的核心部分，它综合处理电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对SR电机运行状态的控制。若控制器发出一系列控制信号，使电动机各相主开关器件按一定的规律导通，则电动机会按逆时针或顺时针方向旋转，并输出机械能；若输出相反顺序的触发信号，则电动机将反转。它工作在弱电环境下，通过接受外围键盘等设备下达的指令，检测转子的位置和绕组电流的大小等信息，送入CPU并结合控制策略，得出控制方法，然后将控制输出信号送入功率电路，且同时将电机的运行状态通过显示设备显示出来，其设计的好坏直接影响电机的运行性能。SRD系统的

10、特点和优点 SRD调速系统之所以被越来越多的人所关注，是因为其本身有许多自己的特点和优点。 (1)SR电机结构简单、优点多 SR电机是将电能转化为机械能的装置，其突出的优点是电机无碳刷和换相器，转子上没有任何形式的绕组，制造成本低且转子的机械强度高，使得电动机可高速运转而不致变形；另外转子转动惯量小，易于加、减速。在定子方面，它只有几个集中绕组，线圈嵌装容易，端部短而牢固，因此制造简便，绝缘结构简单，并且发热大部分在定子，易于冷却；其次，电机转矩方向与相电流方向无关，在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率；最后，电机启动转矩大，可靠性高，能适用于危险的环境，且控制方式很灵活。 (2)SR

11、D系统中功率电路结构简单可靠SR电动机的转矩方向与绕组电流的方向无关，只需单方向来对绕组供电，故功率电路结构简单，可以做到每相只需一个功率开关器件。只要控制主开关器件的开通、关断时间，即可改变电动机的工作状态。另外，系统中每个功率开关器件均直接与电动机绕组相串联，避免了直通短路现象。因此开关磁阻电动机调速系统中功率电路的保护部分可以简化，既降低了成本，又具有较高的可靠性。(3)SRD系统效率高、起动转矩大 SRD系统是一种非常高效的调速系统。这是因为一方面电动机转子不存在绕组铜耗，另一方面电动机可控参数多，灵活方便，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。其系统效率在很宽的速度范围内都在

12、87%以上，这是其它一些调速系统不易达到的。且电机起动时，只需从电源侧提供较少的电流，就能在电动机侧得到较大的起动转矩。 (4)SRD系统可控参数多，控制方式简单 控制开关磁阻电动机的主要常用方法有以下几种：控制相绕组电压，控制相电流幅值，控制开通角、关断角。可控参数多，意味着控制灵活方便，可以根据对电动机的运行要求和电动机的情况，采用不同控制方法，使之有效的运行。(5)SRD系统可靠性高、适用范围广SR电机不会发生感应电动机转子笼断裂或烧熔的故障，再加上SR电机采用简单而坚固的转子结构，由单极性功率变换器供单方向电流激励，可做到磁路上各相相互独立和电路上各相相互独立，因此，该系统具有较高的运

13、行可靠性和容错能力。即使某相绕组或主开关管出现故障，电机依然能平稳运行，可适用在可靠性要求较高的场合，如适合在高粉尘、易燃、易爆等恶劣环境下和要求超高速等场合下运行，并可广泛地应用在纺织、造纸、煤矿、航空、机械等领域。如：造纸机、浆纱机、采煤机、矿用运输机、电牵引采煤机、电机车牵引及局部风机和水泵等、家用电器和机器人上。开关磁阻电机调速系统的研究和发展方向由于开关磁阻电动机的发展历史短，涉及面广，在理论和应用上仍存在诸多值得研究探讨的课题，目前SRD系统的研究主要涉及以下几个方面： （1）SR电机模型的建立及参数的确定，尤其是磁链曲线的测量。建立SR电动机数学模型的主要困难在于电动机的磁路饱和

14、、涡流和磁滞效应等产生的非线性，这些非线性影响着电动机的性能，但却很难进行数学模拟。SR电机性能的精确估算，包括整个系统稳态和动态性能的数字仿真，现都己经引入了计算机的辅助设计。由于开关电路供电的非线性，电流波形规律特殊，只有将电机、变换器及控制模式一体化设计，协调优化电机、电路结构及控制参数等才能获得较为满意的结果。 （2）变换器方案确定和主开关元器件选择。开关磁阻电机调速系统的性能和制造成本，在很大程度上取决于变换器主电路的结构形式。变换器是根据控制器的指令输出直流脉冲电压分配给电机各相绕组工作的，方案类型很多。随着电力电子技术的发展，如何合理地选择主开关元件的类型、数量及容量也是一个十分

15、重要的课题。 （3）无位置传感器的SRD系统的研制。位置检测环节是SR电动机驱动系统的重要组成部分，检测到的位置信号既是绕组开通与关断的依据，也为转速闭环控制提供了转速信息。到目前为止国内外实际应用中转子位置检测多数是直接利用诸如光电式、磁敏式或霍尔式位置传感器，所用传感元件的数目也因相数的增加而增加。既增加了系统结构的复杂性和成本，降低了可靠性，同时又给安装、调试带来了不便。因此，国内外许多学者开始研究无位置检测方案，如电流波形检测及由此变形而来的非通电相加瞬间脉冲激励的电感简化计算、状态观测器检测、利用相磁链、相电流与转子位置的关系解算转子位置、利用相间互感与转子位置关系检测、电容式位置检

16、测技术、加测试线圈的检测等方案。位置传感器的取消将使SRD系统有更多的优势与直流及交流变频调速相竞争。（4）SRD系统的优化，包括从电动机的设计和控制器软、硬件两方面来提高系统效率、降低噪音和转矩脉动，加强对转矩脉动及噪声的理论研究。SR电动机的转矩脉动及其引起的噪声是SRD一个颇为突出的缺点，这限制了其在诸如伺服驱动等这类低速且要求平稳并有一定静态转矩保持能力场合下的应用。因此，研究抑制SR电动机的振动和噪声也是改善SRD性能的重要课题之一。结束语开关磁阻电动机调速系统(SRD)具有结构简单、工作可靠、效率高、调速性能优良等特点，是一种极具广阔前景的新型高效节能调速系统。本文的主要工作是在深

17、入学习了SR电机非线性数学模型，探讨了SRD的全数字控制策略，并进行了仿真。通过仿真较准确的说明了数学模型的可行性。通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决了实际问题的综合能力。同时，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。这将会对我以后的学习、工作有很大的影响。当然，但由于SRD是一种新的调速系统，且绕组具有严重的非线性，SRD及其控制系统的理论和方法仍不够完善。此外，设计中肯定还有其他不足和纰漏之处，请老师给予指正。参考文献1 王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术M.机械工业出版社.1995年6月2 胡崇岳.现代交流调速系统M.机械

18、工业出版社.1998年10月3 刘迪吉.开关磁阻调速电动机M.机械工业出版社.1994年太原理工大学硕士学位论文开关磁阻电动机调速系统仿真分析与设计研究姓名：李书杰申请学位级别：硕士专业：指导教师：卜庆华20210517开关磁阻电动机调速系统仿真分析与设计研究摘 要开关磁阻电动机调速系统（简称 SRD ，Switched Reluctance MotorDrive ）是继直流调速、交流变频调速之后，于上世纪 80 年代中期发展起来的一种开关磁阻电动机与电力电子技术、微电子技术、控制技术于一体的新型调速系统。兼有直流调速、交流调速的优点，以其宽广的调速范围、良好的机械特性、高效节能、卓越的起动和

19、制动性能等优点成为传动领域的热门。本论文基于山西防爆电机（集团）承担的“十一五”国家科技支撑计划课题“矿用电机系统节能技术研究”中子课题“矿用隔爆开关磁阻电动机 SRD 技术研究”（项目编号：2021BAF34B00）对开关磁阻电动机调速系统进行研究。本文在基于研究开关磁阻电动机调速系统的意义的基础上，介绍了其发展状况、基本组成、性能特点及过去和现阶段研究热点。在了解上述内容的前提下，介绍了本文的研究内容。在本文的第二部分介绍了开关磁阻电动机及其调速系统的基本结构和工作原理；在数学模型介绍中分别叙述了三种数学模型的优缺点，并对线性化模型做了较详细的分析。通过对开关磁阻电动机调速系统的电流斩波控

20、制方式（CCC ）、角度位置控制方式（APC ）、电压 PWM 控制方式、组合控制方式的介绍，对比上述几种控制方式的特点，提出本文的控制方式：低速电流斩波控制、高速角度位置控制相结合的组合控制方式，采用电流内环和 PI 调制的速度外环双闭环的控制策略。在上述控制方式和控制策略提出的基础上，在 matlab/simulink 仿真环境下、采用模块化的思想建立了开关磁阻电动机调速系统的仿真模型，并进行了仿真实验，从仿真曲线验证了理论的电流斩波和角度位置控制方式下电流、电压波形。在 硬 件 设 计 部 分 ， 介 绍 了 TI 公 司 的 电 机 专 用 控 制 芯 片TMS320LF2407 的功

21、能特点，以其为控制单元设计系统的硬件电路。通过对各种功率电路的比较分析以及 SRD 系统应用方面的发展，确定本系统的功率电路采用不对称半桥型功率电路，选择了主开关器件。并设计了位置信号检测电路、倍频电路、速度检测电路、电流检测电路和输入与显示电路。在软件设计部分，为了便于软件的调试、修改和发展亦采用了模块化的编程思想，增强了程序的通用性和可读性。最后，在实验系统调试部分，做了开关磁阻电动机在不同转速下的驱动信号和电流调试。并对本文做了总结，提出本系统存在的问题和今后发展的方向。关键词：开关磁阻电动机，开关磁阻电动机调速系统，电流斩波控制，角度位置控制，功率变换电路The Simulation

22、and Designof Switched Reluctance Motor DrivesABSTRACTSwitched Reluctance Motor Drives (SRD is a new type speed regulationsystem developed in last century, followed direct current motor drive andasynchronism motor frequency conversion drive, which combines powerelectronicstechnology ,microelectronics

23、 technology, moderncontroltechnique. SRD has both advantages of direct current motor drive andasynchronism motor frequency conversion drive. Because of the advantagesof vast speed regulating range, good mechanical properties excellent startingand braking performance and high efficient, it has become

24、 one of the mostpopular topics in the current fields of electric drive.This thesis carried outstudy of Switched Relucance Motor Drives system, based on “ The study onmining flameproof switched reluctance motor drives”， one part of “ Energyconservation technology of mining motor” (Serial number: 2021

25、BAF34B00.Which is supported by National Technology R&D program during the 11thFive-Year plan, taken by ShanXi Explosion-proof motor(GroupCO.,LTD.In this paper, the development of Switched Reluctance MotorDrive(SRD, the basic structure and characteristic of SRD are introduced.Followed up, what study

26、is provided in this paper. The second section,Switched Reluctance Motor, basic structure of SRD and working principle areintroduced. The linear mathematical model of SRD is established, followedthe three mathematical model of SRD was introduced. Analyzed the controlmethods of CCC, APC , Voltage Pwm

27、control on SRM, and choosing two kindof control methods fit for the system: low speed chopped current wave controland high speed Angular Position Control. As control strategy, we put forwardthe control strategy of speed-current double loop. The current loop as theinside loop, the speed loop as the o

28、ut loop in PI control strategy. Follow thecontrol method and strategy, made the mathematical model of SRD usedindependent blocks under matlab/simulink, and simulation. The current andvoltage waveform has been tested by the waveform of simulation.In the hardware section, the characteristic of TMS320L

29、F2407(DSP formotor control, made in TI CO, as the main control-core for hardware design.Kinds of power converter circuit of SRD and their advantages/disadvantagesare discussed and compared in this thesis, think about the development ofSRD. Asymmetric Bridge converter as the system converter, power t

30、ransistoris selected. At the same time, the circuit of current detection, voltage detection,speed detection, doubling frequency, interface/display are designed. Insoftware section, the modular program can make the program universal andreadable, useful for test and development.Finally, the drive and

31、current of SRM are tested in different speed. Thedebugging waveform same to the analys.Give the conclusion.KEY WORDS: switched reluctance motor, switched reluctance motor drive,chopped current control,angular position control,power converter第一章绪论开关磁阻电动机调速系统（简称 SRD ，Switched Reluctance Motor Drive），它

32、是继直流调速、交流变频调速之后，于上世纪 80 年代中期发展起来的一种新型交流调 速系统1。它融新型电机结构（双凸极）和电子技术（电力电子技术、微电子技术） 于一体，兼有直流电动机调速和异步电动机变频调速系统的优点1。以其结构简单、运行可靠、高效节能等优良性能异军突起，成为交流调速系统的一支生力军，应用前景广阔。1.1 研究开关磁阻电动机调速系统的意义目前世界各国科学技术都向绿色化、高效化、智能化方向发展。其中电机系统节能是二十一世纪经济和社会发展的必然趋势。国家已把高效节能电动机列入十一五重点节能推广项目。而本课题正是国家推广“高效节能电动机开关磁阻电动机”的重点节能工程。煤矿井下是高煤尘、

33、易燃、易爆的危险环境，而 SR 电动机适合高粉尘、易燃、易爆等恶劣环境，因此在矿井下应用前景广阔，为提高煤矿井下电气传动设备的运行可靠性和延长电动机使用寿命开辟了一条新途径，对提高煤矿企业的经济效益、减少不安全因素、降低事故率具有重要意义。由于 SR 电动机的过载能力、起动性能，适合煤矿设备的频繁起动。可实现完美的传输功能和优异的节能效果。为本项目多台开关磁阻电动机驱动装置的矿用传输带综合节能控制系统的提出提供了可能性。开关磁阻电动机（SRM/SR 电动机）在调速领域以其结构简单、成本低、效率高、调速性能良好及控制灵活等优点占据了一席之地，可在牵引运输、航空航天、电动汽 车、家用电器等领域中应

34、用1。但是在开关磁阻电动机调速系统的应用过程中也暴露出它的不足，体现在以下几方面：1、低速转矩脉动问题开关磁阻电动机起动时，为了增大转矩输出能力，SR 电动机通常运行在磁场深度饱和的状态下，导致 SR 电动机相电感和磁链是转子位置角和绕组电流的非线性函数，在采用传统的脉冲供电方式下，低速时转矩脉动明显。2、噪声和振动问题（由于开关磁阻电机采用各相轮流通电，则在某相通电时容易形成径向磁拉力，从而导致电机机座和定子轭部发生变形，由变形引起振动和噪声。3、温升问题开关磁阻电动机铁心各部分的磁场变化复杂、都是非正弦变化，又因为铁心磁场的频率随转速变化，因而温升是一个难题。然而这些在小功率 SRM 中不

35、太明显，但随着功率等级的加大，其在小功率等级没有完全体现出来的转子温升现象逐步显现出来，如何解决转子温升问题成为一大难关。4、建模问题SR 电动机由于其结构和磁路高度饱和，导致磁路的严重非线性，进而难以建立准确、可靠的数学模型，不能精确分析其动、静态性能。现今数学模型的建立以理想线性模型、准线性模型、非线性模型三类方法为主，线性模型、准线性模型难以准确可靠的描述 SR 电动机磁场特性；非线性模型虽然较以上两种有所改善，但其数据的采取由于并非是时刻采集，因此造成模型建立的不准确性。为了使开关磁阻电动机在实际应用中不受上述问题的影响，本文在建立非线性数学模型的基础上，从 SR 电动机控制策略出发解

36、决上述问题。的论文，文中描述了 SR 电动机的两个特性： 1）开关性SR 电动机必须工作在一种连续的开、关模式，这就是 SR 电动机只有在各种新型半导体器件（如：晶闸管、 GTO 、IGBT ）出现后才能发展的原因所在；（2）磁阻性它是一种双凸极电机， 定、转子具有可变磁阻回路145。其实，19 世纪 40 年代 SR 电动机的基本结构及基本原理已经提出，即所谓的“电磁发电机”。由于当时科学技术水平的限制，无法解决 SR 电动机在设计、控制等方面的一系列关键问题，这一科学发现在当时并没有引起人们的足够重视，这种状况一直持续到 20 世纪中叶。上世纪 60 年代，SR 电动机随着电力电子器件的发

37、展，又被重新提上研究日程。1967 年，英国 Leeds(里兹 大学开始对 SR 电动机进行深入研究，其研究成果表明：SR 电动机可在单向电流下四象限运行，功率变换器主开关器件无论采用晶体管还是用普通晶闸管所需开关器件在数量上都是最少的，与同容量的异步电动机相比其成本显著减少。1975 年英国 Nottingham （诺丁汉）大学和 Leeds （里兹）大学的联合研究小组成功的研制出一套用于电动汽车的 50KW 的 SRD 装置，其单位输出功率和 效率都高于同类的异步电机驱动装置，表明 SR 电动机大有可用之途1。1980 年，英国 Leeds 大学的 Lawrenson 教授及其同事总结多年

38、的研究成果，发表了著名论文变速开关磁阻电动机(Variable-Speed Switched Reluctance Motors，这标志着国际学术界对 SRD 的公认，为 SR 电动机原理的研究、发展设计理论、研究理论特性及控制方式奠定了基础。1983 年，英国 TASC Drives 公司将世界上第一台功率 7.5KW 、转速 1500r/min 的SR 电动机Oulton 传动装置市场化，次年又推出功率为 422KW 四个规格的系列产品。 1991 年英国的 BJD 公司应用 Leeds 大学的专利技术为考文垂煤矿研制Supermatic 型以 35KWSR 电动机作为驱动的电牵引采煤机，

39、同时 BJD 还为煤矿研制了 150KW 和 300KW 的 SR 电动机驱动的皮带运输机及由两台 3KWSR 电机驱动的四 轮蓄电池电机车7。由于开关磁阻电动机调速系统结构简单、成本低、鲁棒性好、调速性能好，成为继直流电动机调速系统、异步电动机变频调速系统之后的一种新型调速系统。问世不久便引起世界各国电气传动界的广泛关注：19841986 年原联邦德国先后试制了 1、1.2、5KW 的样机；美国、南斯拉夫、加拿大、埃及、新加坡等国相继展开对 SRD 的研究及开发工作，在 SR 电动机的运行理论、电磁场分析、电机结构、起动性能等方面取得了较大成果。在世界各国对开关磁阻电动机调速系统产生浓厚兴趣

40、的时候，我国对开关磁阻电动机调速系统的研究工作也于上世纪 80 年代中期以较高的起点开始，如北京中纺锐利机电、华中理工大学（现华中科技大学）、南京航空航天大学、东南大学、华南理工大学、浙江大学、西安微电机研究所等院校和研究所，并把 SR 电动机的研究列为国家“七五”中小型电机科研规划项目。1992 年，在中国电工技术学会中小型电机专业委员会领导下成立了开关磁阻电动机学习小组。在借鉴国外对 SR 电动机研究的经验基础上，我国在 SR 电动机理论上取得了一定研究成果并研制出不同功率和等级的 SRD 产品，如北京中纺锐利机电研制的 2.2400KW 系列产品，这些产品已被应用到纺织机械、电动车辆、煤

41、矿皮带机、吸尘器、洗衣机、风机水泵等。总之，经过国内外学者的不断探索和努力，对 SRD 系统的研究已经在理论分析、性能仿真、转矩波动及电机噪声、电机优化设计、有限元分析、能耗计算、功率变换器设计、电流位置检测、控制策略取得了丰硕成果，并且将随着 SR 电动机理论和电子器件的发展而完善。1.3 开关磁阻电动机调速系统的组成及其性能特点开关磁阻电动机调速系统（SRD ）主要由开关磁阻电动机、功率变换器、控制器、电流检测器、位置检测器等几部分组成，如图 1-1 所示， 图1-1开关磁阻电动机调速系统Figure1-1 SRD System1、开关磁阻电动机 SR 电动机是 SRD 有别于其他电动机驱

42、动系统的主要标志、是 SRD 中实现机电 能量转换的部件2、是 SRD 的执行元件，与传统的交、直流电动机相比，它的结构和具体工作原理有着根本的区别，它不像电磁式电机那样转矩和转速的形成依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用。开关磁阻电动机与反应式步进电动机相类似，遵循“最 小磁阻原理”，产生磁拉力形成转矩磁阻性质的电磁转矩3。因此，它的结构原理是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以，SR 电动机采用双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠压而成且极数不同。定子极上绕有集中绕组，径向相对 的两个绕组串联构成一个两极磁极，称为“一相”，转子既无绕组也无永磁体1，定、转子及 SR 电动机如图

43、1-2 所示。SR 电动机定、转子的极数有多种不同的搭配，因此可以设计成多种不同相数结构，低于三相的 SR 电动机没有自起动能力，对于有自起动、四象限运行要求的驱动 ，其系统价格和性能与功率变换器的选场合，应优选相数为三相或大于三相的定转子组合方案。相数多、步距角小，有利于减小转矩脉动，但结构复杂，且开关器件多、成本高。所以，SR 电动机在设计和选用时，应考虑应用场合及使用要求。图1-2SR 电动机及其定、转子Figure1-2 SRM 、stator and rotor2、功率变换器功率变换器是 SR 电动机运行时所需能量的供给者3，由交流电整流后得到的直流电或蓄电池供电。由于 SR 电动机

44、绕组电流是单向流动的，使得其功率变换器主电路不仅简单，而且具有普通交流及无刷直流驱动系统所没有的优点，即相绕组与主开关器件是串联在一起的，这样可以避免由于电流过大烧毁器件造成电路短路故障。在整个 SRD 系统中，功率变换器的成本占有很大比重，其供电电压、电动机相数及主开关器件的种类等决定了主电路的结构形式 1 择和设计有重大关系，因此最佳方案的设计应根据具体性能、适用场所等因素结合。3、控制器1控制器是 SRD 系统的中枢，起决策和指挥作用。它综合处理速度指令、电流检测器、位置检测器的反馈信息，控制功率变换器主电路中主开关器件的开通与关断，实现运行状态的控制。SR 电动机各相主开关器件的导通与

45、断开决定于控制器发出的信号，以此控制电机的正转或反转。SR 电动机输出转矩的大小及状态（驱动/制动）取决于功率器件的导通角。4、位置检测器位置检测器是转子位置及速度等信号的提供者3，实现同步运行的条件。它及时向控制器提供定、转子极间实际相对位置的信号和转子运行的速度信号，以确定相应相绕组的通断。为了满足 SRD 系统对 SR 电动机的实时控制，位置检测器应具备以下条件：首先检测的精度在运行的速度范围内满足要求；其次要求检测电路简单、工作可靠、抗干扰能力强；为了满足特殊环境的应用还要求能在恶劣环境下工作1，如煤矿装置。5、电流检测器SRD 相电流检测是 SR 电动机过电流保护、电流斩波控制方式运

46、行的需要。SR电动机相电流的基本特点是单向、脉动以及波形随运行方式、运行条件不同而变化很大 1 。由此，SRD 中电流检测器应具备快速性能好、抗干扰能力强、灵敏度高及在特定范围内良好的线性度。电流检测的一般方法有：电阻采样、直流电流互感器、霍尔元件采样、磁敏电阻采样。从结构和运行原理上看，SR 电动机可以认为是反应式步进电机的一员，只不过其具备高速、大步距的特点。两者的差别在于：步进电机作为一种信息传输、实现角位移精密传动的执行机构，电源的换相决定转子轴转动，而转子位置与电源的换相没有关联，属于开环控制；然而 SR 电动机却不然，转子位置决定相绕组的通电，定子 绕组通电与否通过转子位置检测器传

47、输的信息判断，属于转子位置闭环控制4。从运行状态上看，可以将 SRD 系统可视为无刷直流电动机调速的发展，均运行在自同步状态。然而无刷直流电机的转子有励磁，逆变器为定子多相绕组提供交流电；SR 电动机的转子则为反应式，没有励磁，由直流脉冲电源为绕组供电，仅由简单的开关即能实现，基于以上所述，使得 SR 电动机的结构和功率变换器结构简单化。实践与理论证明，SR 电动机调速系统具有以下基本性能特点：1、电动机结构简单、成本低开关磁阻电动机和鼠笼式异步电动机相比结构还要简单，转子上没有绕组只由硅钢片叠压而成，因此鼠笼式异步电动机的断条现象在此不会出现；定子侧只有几个集中绕组，端部短而牢固，制造简单。电机易于冷却，无高温退磁之忧，适宜在恶劣、高温环境下运行2、功率变换电路简单可靠开关磁阻电动机的正反转与定子绕组电流的