开关磁阻电动机控制技术的研究—叶毅坚-云利军(完整版)实用资料.doc

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1、开关磁阻电动机控制技术的研究叶毅坚,云利军（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）开关磁阻电动机控制技术的研究*迟 岩（博士/教授，集美大学）叶毅坚,云利军摘 要： 本文首先对开关磁阻电动机的主要特点进行了介绍，在此基础上，设计出SRD微机控制系统硬件基本结构和系统的软件程序框图。组成了基于DSP控制SRD的舰船电力推进系统，并对该系统的实际运行进行分析。一、引 言开关磁阻电动机驱动系统（SRD）由开关磁阻电动机（SR）、功率变换器、控制器和检测器四个部分组成。目前已成为各国研究和开发的热点之一。SRD作为一种新型调速驱动系统，首先在电动车驱动系统中得到了应用，实践

2、证明，SRD具有许多直流电动机驱动系统和一般交流电动机调速驱动系统难以比拟的优点。SRD还可以应用于各类运载交通工具领域。但目前在我国中小型舰船电力推进系统中SRD尚未开始应用，但其发展方向是明显的，这将是舰船电力推进技术中很有竞争力的一个方面。开关磁阻电动机作为调速驱动应用呈现出的显著特点为：(1) 电动机结构简单、坚固。制造工艺简单，成本低，转子仅由硅钢片叠压而成，可工作于极高转速。定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固。工作可靠，能应用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；(2) 损耗主要产生在定子，电动机易于冷却。转子无永磁体，可允许有较高的温升；(3) 转矩方向与相电流方向无关，从而可

3、减少功率变换器的开关器件数，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，无异步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机械特性。在宽广的转速和功率范围内都具有较高效率；(7) 能四象限运行，具有很好的再生制动能力；(8) 可用蓄电池供电，耗能低又无污染。这些特点使得SRD在舰船电力推进系统中有很大的应用潜力。二、SRD微机控制系统硬件基本结构设计SR电动机的结构比异步电动机还要简单，功率变换器主电路的结构也不复杂。但SR电动机的控制方式是要根据运行条件的不同，在不同的转子相对位置下通断各相绕阻的开关

4、器件。这样提高了电动机控制的灵活性，但也增加了电动机运行控制的复杂性。 显然， 如果不采用软件和硬件相结合的微机控制系统对SR电动机进行控制，SRD性能的提高必然受到一定的限制，同时控制器的硬件电路也将过于复杂和庞大。因此，为了简化控制电路，充分挖掘SR电动机控制* 集美大学科研基金资助项目（编号：F00061）方式灵活多变的优点，便于引入各种先进的控制规律，完善信息显示，实现通用性、智能化，由微机控制实现的高性能的SRD就成了我们的研究方向。根据要求，设计出的SRD的微机控制系统具有如下功能：(1) 低速时，实现电流斩波控制（CCC），输出恒转矩特性；(2) 高速时，实现角度位置控制（APC

5、），输出恒功率特性；(3) 具备起动、制动、停车及四象限运行；(4) 具有速度调节功能；(5) 具有速度显示功能。实现上述基本要求的开关磁阻电动机组成的电力推进系统的微机控制系统硬件基本结构如图1所示。其中控制器部分采用DSP（图中虚线框部分）控制。SR电动机相电流检测转子位置检测键 盘功率变换器显示器放 大输入控制参数接口CCC方式输出转速显式接口电流比较D/A转换APC方式输出 DSP 总线 时钟电路CPUEPROMROM图1 SRD微机控制系统硬件基本结构图该SRD系统有两个反馈环，即速度环和电流环。速度反馈信号取自位置传感器输出的转子位置信号。为简化硬件电路，整个控制方案均由DSP（T

6、MS320C240）微处理器用软件实现。软件实现如下功能：(1) 跟踪转子位置，并输出信号至功率变换器对应的相开关器件，以励磁对应的相绕阻；(2) 检测并控制四相绕阻中的电流，对其分别进行闭环控制；(3) 根据转子位置检测信号计算速度值，并根据速度偏差进行速度闭环控制。完成运行方式转换控制、制动控制。事实上，微机控制作用下的SRD的任何一种工作状态都是软件和硬件相配合共同作用的结果。SR电动机微机控制系统性能的提高，除了要有高性能的CPU、主开关器件、传感器作为物质基础之外，关键还在于具体的控制策略、控制思想。所以我们采用一种控制方式Bang-Bang控制，Bang-Bang控制可以快速响应参

7、数的变化，提高控制的精确度。控制器硬件结构如图2所示：DSP(TMS320C240)功率变换器及SR数据键盘IGBT驱动电路 四相输出电流控制电路 比较输出 电流给 绕组电流 定输出转子位置控制 转子位置 转子位置信号 图2 SRD控制器硬件结构图三、SRD系统的程序框图设计系统软件主要由主程序、专用子程序、中断服务程序构成。主程序初始化整个系统，并协调各个子程序的运行。主程序另一个重要的功能就是跟踪转子的位置并按正确的相序向功率变换器输出开关信号。除了CPU响应中断，主程序将不断地循环。专用子程序主要完成给定参数到转换成参考电流、参考转速之间的转换、CCC控制、APC控制。主程序框图如图3所

8、示，初始化程序框图如图4所示，需要刷新的参数是电动机转速、检测相电流。初始化清中断寄存器清所用RAM单元置中断字计算置控制参数输入输出口设置显示图4 初始化程序框图初始化显示键扫描、键分析起动与方式转换控制参数刷新速度计算图3 主程序框图四、DSP控制SRD的舰船电力推进系统1系统组成框图图5所示是DSP控制SR电动机驱动的舰船电力推进控制系统的组成框图。螺旋桨SR电动机功率变换器 Us位置检测器相电流检测 4A/DDSPTMS320C240 转换信号 速度给定 图5 SR电动机驱动的舰船电力推进控制系统的组成框图系统所用样机为四相8/6 极结构，11KW SR电动机，功率变换器主电路采用能量

9、非回馈式电流斩波电路，IGBT做主开关。其基极驱动信号来自DSP相应接口的数据线，所用DSP支持32位浮点乘法运算。SR电动机通过传动杆带动船体螺旋桨转动来推进船体前进。系统整体的硬件结构非常简单、可靠性高、成本低。系统软件由主程序、方式转换控制程序、CCC/APC的控制程序组成。主程序初始化整个系统，并协调各个子程序的运行，跟踪转子位置并按正确的相序向功率变换器输出开关信号。软件可完成转速计算、APC/CCC方式运行控制及其方式的转换、换相控制、参考电流的计算、电动机的正/反转和制动控制等。2系统运行分析系统启动后，电动机转向可由键盘输入指令改变。每次循环，程序首先检定给定转向，若查出方向改

10、变，则设置方向标志。程序由该标志获悉状态的改变，从而执行诸如加速、减速、零速检测等程序。运行过程中，由位置检测器检测转子的位置，转换成速度值。通过与给定的转速比较来确定采取的控制方式：当实际转速小于给定转速，DSP对功率变换器采取CCC控制方式；当实际转速大于额定转速，则采取APC控制方式。通过这种变结构控制来改善开关磁阻电动机的运行控制。从键盘输入给定转速后，根据需要，可以有三种运行方式的选择：正车航行、倒车航行、停车。其中键盘分布为：数字键区09，功能键区为原来的字母键AD，A键为给定速度键，按下该键，则将把键盘数字键输入的数值从数值缓冲区送至给定速度BCD码区，并将BCD码变成二进制数码

11、，送至固定单元存放；B键为显示更换键，按下奇数次，显示给定速度，按下偶数次，则显示实际速度；C键为制动键（停车）；D键为反向键，按奇数次为正向（偶数次则为反向）。下面配合图6所示的键盘图样分析各种运行方式的控制。(1) 正车运行：速度给定后，在键盘上按下A键，把输入的速度值送DSP内部转换成二进制，再从键盘上按下D键（此时奇数次，运行中要反向时再按一次D键）由DSP把控制指令通过硬件接口来控制功率变换器中相应相的开关动作，此时功率变换器的四相换相次序是AB-BC-CD-DA。通过开关斩波调节功率变换器的输出电压，从而控制SR电动机的速度变化。123A456 B789 C0 D图6键盘从电动机转

12、速为零到电动机达到预定转速，其间经过了一个“加速等速”过程，该过程通过位置检测器和电流传感器所构成的反馈回路，配合DSP控制来完成。(2) 倒车运行：速度给定后，在键盘上按下D键偶数次，其控制同(1)一样，只是此时的功率变换器的换相次序变成：AD-DC-CB-BA。(3) 停车：在电动机正常运行时按下C键，DSP控制功率变换器的换相次序与原来的换相次序相反，在转子速度为零时停止换相控制，电机停转。 若要在键盘上显示速度值，则由按键B实现。这里采取的总的控制策略是Bang-Bang控制，对应的限定参数是位置角。在采用CCC控制方式时，由于速度相对给定转速要小，使用周期控制要比角度控制效果好，所以

13、，我们采取周期来控制换相和换相过渡。由DSP把限定的角度范围转换成以时间周期来表示。当检测的角度达到规定值时，或计时时间周期到时，进行换相。该控制系统的主要性能特点为：(1) 起动转矩大，起动电流小，因此可以适应船体的频繁正、倒车及起动、停车；(2) 该系统是闭环调速控制系统，所以转速精度较高，动态响应较好；(3) 开关磁阻电动机无电刷整流子，控制器电路也较简单，因此当船在航行中遇到诸如风浪等恶劣环境时也能得到可靠的控制。五、结束语(1) SRD性能的改善必须依靠先进的控制策略手段，势必要考虑SRD非线性和参数的时变特性，这就增加了系统控制的复杂性。所以，对于SR控制系统，最主要的是控制理论的

14、选择。而硬件是基于控制部分来选择合适的控制器件。(2) 我们选择Bang-Bang控制方式，它具有很好的随动性，快速跟踪变量的变化，而且减少了繁杂的计算，也大大减少了设计者的工作量。(3) 由于基于Bang-Band控制，在控制器选择上我们采用了DSP微处理器，充分利用了它的DSRAM和硬件乘法器的快速计算功能，提高了系统控制的响应速度，保证了精确度。对比其它各种调速电动机，开关调速磁阻电动机的突出优点在于结构简单、可靠性高、起动性能好和调速性能好，而且成本低，具有较高的综合性能。该系统所采用的DSP控制的SRD具有全电控、易于智能化的优点，某些性能优于传统的船舶电力推进系统，具有极其广泛的市

15、场前景。主要参靠文献1 王宏华 编著开关型磁阻电动机调速控制技术机械工业出版社，19992 邱亦慧 詹琼华，马志源等 基于DSP的开关磁阻电机数字电流控制研究微特电机，2001年第2期3 江康源船舶动力装置发展的新趋势船舶工程，1999年第3期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

16、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

17、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

18、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，

19、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 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

20、 conversion drive, which combines powerelectronicstechnology ,microelectronics 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 properti

21、es excellent startingand braking performance and high efficient, it has become 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

22、 part of “ Energyconservation technology of mining motor” (Serial number: 2021BAF34B00.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 bas

23、ic structure and characteristic of SRD are introduced.Followed up, what study 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

24、 of SRD was introduced. Analyzed the controlmethods of CCC, APC , Voltage Pwm 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-cu

25、rrent double loop. The current loop as theinside loop, the speed loop as the out 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

26、 waveform of simulation.In the hardware section, the characteristic of TMS320LF2407(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 d

27、evelopment ofSRD. Asymmetric Bridge converter as the system converter, power transistoris 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

28、universal andreadable, useful for test and development.Finally, the drive and 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 cont

29、rol,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

30、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、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（SR

31、M/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

32、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

33、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

34、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

35、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

36、。 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，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

37、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

38、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

39、，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

40、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 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 、

41、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

42、。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

43、、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

44、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流向无关，只与各相的通电顺序有关。相绕组电流为单向流动；而感应式电动机绕组流过双向电流，因此向其供电的