电机装置磁阻的设置与使用
目前,以横向磁场电机为代表的交流永磁电机的应用日益受到人们的关注。但是这一独特的结构会带来分析方法和制造工艺的复杂性,同时,较高的电枢反应电势导致功率因数偏低,以及损耗和变频器容量增加,这些将限制其实际应用。
为利用横向磁场电机结构的优点并避免永磁电机低功率因数带来的问题,横向磁场开关磁阻电机受到了一定的重视。在开关磁阻电机研究中,可使用与普通交流电机功率因数相似的一个表征输入能量转换为有用输出能量比率的概念,其大小与电机最大、最外位置的磁路饱和情况有关,一般可做到0. 6以上。本文着重分析了横向磁场开关磁阻电机电磁设计与重要参数的计算方法。
1理论分析
1. 1电机结构本文设计的由单相模块构成的外转子横向磁场开关磁阻电机单相结构示意图。
二相样机的A、B相转子模块分布在一根轴线上;而定子模块间则错开半个极距,以便使各绕组在电气上分为180°电角度,构成两相绕组。样机的定、转子铁心结构件以及外壳均由合金铝锭经车、铣加工制成。由于电机气隙较小,相数(轴向模块数)考虑的主要因素为外转子结构的机械强度及高速运行时的可靠性。需要说明的是,电机运行时,三相以下的结构不具备自起动的能量。而实际应用中电机也不一定由二相组成。为便于使用更多的独立电机模块进行串联研究,本样机设计为具有双端轴伸的结构。
1. 2转矩密度方程对于开关磁阻电机,由于运行过程中存在磁路饱和与严重的非线性,电机一个周期内产生的磁阻转矩必须使用Ψ( i,θ)曲线在Ψ- i平面上所围的磁共能面积来表示:T =ΔW /Δθ(1)其中:ΔW =∮iΨ(i,θ)d
i;Δθ=θr =2π/n p。
当电机以平稳的角速度ω旋转时,假设定子极与转子极临近交叠时,该相绕组的方波电流达到最大值I m,而当定子极与转子极中心线重合时方波电流又立刻降
为0.这样得到的磁共能曲边三角形ΔW所围面积通过引入一个能量转换系数K c
可表示为ΔW = K cΨm I m (2)式中,Ψm为定转子对齐位置时电枢匝链的磁链值。如果忽略齿槽边缘效应,每极绕组最大磁链Ψm =πn p B g l Feαb 2 D
gαq W(3)式中:B g―――气隙磁密,可看作电机的磁负荷;l Fe―――铁心有效长度;D g―――定子气隙内直径;W―――每相绕组匝数;αq―――凸极齿的极弧系数;αb,b p―――极靴长度。其中,αb =2 b p / l Fe;
b p =0。5αb l Fe。
由此导出绕组产生的磁阻转矩T = 1 2 n p K c B g l Feαb 2 D gαq W I m(4)若引入电流系数表示绕组电流有效值I = K i K m I m,用线负荷定义表示电
流I m = A l Fe /W ,则T =π4 K c K i K mαb l FeπD g /n pαq AB g D 2 g l Fe(5)式中, K c 为电机的广义能量比率。
由于电机位于非线性情况下进行斩波运行,该能量比率为0. 6左右; K i为
电流由方波峰值到有效值的转换系数,其值为1。4; K m为电流波形系数,一般情况下为0。
横向磁场开关磁阻电机的转矩密度与电机的等效轴向长度及极距之比λ=αb l Fe /τ
有关。只有当λ取合适值时,转矩密度才能超过相同电枢直径体积的径向磁
场电机。要注意的是,适当增加电机轴向极靴长度,有利于提高电机的转矩密度,但将使电机轭部厚度有所增大,外径所围体积及重量有所增大;而采用增加极数、减少极距τ的方法来获得转矩密度的提高,极数的增加会影响到开关磁阻电机的第二气隙。
1. 3磁路解析计算方法横向磁场开关磁阻电机具有复杂的三维结构和非线性特点。为了便于进行优化设计,首先说明通过磁路与气隙磁导解析计算来求解的方法。
如所示,在对齐位置,绝大部分磁通可认为比较均匀地经过定子磁极和转子磁
极闭合,电机参数计算可使用较简单的磁路,即可分为气隙、定子磁极、定子磁轭、转子磁极、转子磁轭5段进行求解。忽略漏磁影响,通过气隙以及定、转子磁极和磁轭构成磁路中的磁通即为电机相绕组总磁通量。通过气隙、定子磁极与轭部、转子磁极面积和长度计算,借助已知铁心材料的磁化曲线表,即可计算电机的磁化曲线。
可见,通过解析计算方法获得的磁链2电流曲线在磁动势较小时与采用有限元计算结果吻合好(相电流10 A时的磁动势为1 140 A);磁动势较大时,其误差表现
出了随相电流增加而增大的趋势。原因在于:随着绕组相电流的增加,定、转子铁心趋于饱和。此时,在计算中被忽略的绕组在磁极间空气中产生的磁链成为了不可忽略的重要组成部分。且随着电流的增加,铁心中的磁通增加比例远远小于环绕绕组空气中磁通的增加,因此该部分误差随电流的增加而增大。
为更准确求解,磁路计算中必须增加绕组内部和极间两部分磁通。补偿上述磁通的对齐位置解析计算结果如所示,由该方法得到的磁链与三维有限元计算结果基本吻合,误差很小。
按照一般开关磁阻电机的分析方法并结合横向磁场电机三维的空间结构,气隙磁通路径可以划分为5部分。其中磁路1被认为是沿轴向方向,包含全部励磁安匝数的定子磁极表面间磁通路径;磁路2被看作沿径向方向,定子磁极顶面与转子磁极间磁通路径;磁路3被看作沿径向方向,定子磁极顶面与转子磁极底面间磁链的磁路;磁路4为沿径向方向,转子磁极底面与定子磁极间磁链的磁通路径;磁路5为沿轴向方向,定子磁极顶面间的磁通路径。考虑到不对齐位置铁心的饱和程度不高,因此上述磁路中不包括铁心端部磁场、定子铁心轭部表面之间、转子铁心齿部、轭部表面之间的磁路。分别求解后,电机每极绕组的磁链可以由各区域的磁链表示为:Ψ=
2(Ψ1 +Ψ2 +Ψ3 +Ψ4 +Ψ5)(6)上述磁路2、3、4沿径向方向,磁路中包含有横向磁场电机环形线圈的全部励磁安匝数,为用于计算最小电感位置磁阻的主要磁通所流经的路径。计算中可通过开关磁阻电机中关于磁导分量、磁动势和该计算区域内磁阻的计算方法获得。
上述公式计算获得的最小电感位置的磁化曲线如所示。可以看出:该解析计算方法尽管较为合理且简单,但在相电流较大时仍然存在较大的误差。主要是因为不对齐位置处的气隙磁路较长,铁心中的磁压降远小于气隙中的磁压降,计算公式中未考虑铁心饱和状态所致。为此,可以考虑将闭合磁力线回路2、3、4中包含共有的定、转子铁心部分借助已知的铁心材料的磁化曲线表进行修正。由可知,该方法所得结果同有限元计算误差相差很小,能够满足工程上电机设计初期对于极数的优化设计要求。
2横向磁场开关磁阻电机设计2. 1电机的形式与相数由于横向磁场结构便于实现模块化制造,由此构成多相、单相形式的开关磁阻电机成为最适当的选择。这是因为单相电机结构
简单,制造成本相对较低。该结构还便于实现多相绕组之间在结构和电磁上的隔离,完全消除相间故障的可能性;且易将故障相与系统其他部分隔离,使电机工作更可靠。此外,从噪声与振动角度上讲,单相多极结构的使用也将在很大程度上消除多相电机因径向磁吸引力所造成的主要噪声与振动源。这是因为单相电机在运行时,只形成均匀、同向的径向磁吸力,且定子壳体受力压缩、膨胀均匀。
采用模块化组合的优点还在于可以使电机系统根据安装和电气性能要求在同
一舱位内由多个模块构成一相,或由多个单相模块构成三相、四相或更多的相数以减少转矩脉动。由于转子中并不存在安置绕组所需的槽,所以转子磁极高度的选择可以根据电机的形式、磁路饱和与体积的限制进行选取。
2. 2电机的极数选择优化设计本文在设计过程中对定子内径冲片内径取116 mm,极数分别为8、10、12、14、15、16时采用三维有限元方法和解析计算方法对
其对齐与不对齐位置的磁链2电流曲线按相电流取值逐点进行了计算。两种计算方法结果基本相符,证明了本文所提解析计算方法的正确性。而当极数发生变化时,有限元计算所得电机的最大电感位置磁链值基本不变,说明了对齐位置忽略磁极表面漏磁假设进行解析计算的正确性。不同极数时磁化曲线及相应的四相电机平均电磁转矩曲线如所示。
可知,在气隙直径取116 mm并综合考虑极数增加对机械、结构设计、工艺及安装等可能带来的影响,电机取15极时能够获得较为理想的平均转矩。此外,设计样机的开关频率和铁心损耗也是考虑的因素。本文取15极为例,当转速为200
r/min时,电机的开关频率为50 Hz.
2. 3磁极结构尺寸磁极尺寸基本设计原则是:应保证铁心出现最大磁通密度时不会过饱和。在横向磁场电机中,由于磁极流过的磁通将全部通过轭部,因此轭高h c取较大值较为合适。较大的h c还有利于抑制电机的振动和噪声,但会增加电机的外径、体积和重量。定、转子磁极极靴长度的选择应结合定、转子磁极高度与定子槽型尺寸间的关系综合考虑。磁极高度同时受电机铁心内外径尺寸的选取与定子绕组槽型窗口面积的限制;磁极极靴长度同样受制于定子绕组槽型窗口面积与铁心长度。在铁心长度、气隙圆直径确定的情况下,可采用以轴向长度与极距比率系数最大为目标进行优化设计。
3电机设计参数及性能对比3. 1电机参数设计样机气隙直径和铁心轴向长度的选取参考了Y系列7. 5 kW异步电动机132S224.主要参数如所示。
3. 2性能对比当两条磁化曲线所包围的磁共能的面积大于额定电磁转矩所需要的取值时,横坐标对应的电流值即是理想方波电流的幅值,即额定电流值。利用样条插值模拟数据点的方法构成最大和最小电感磁化曲线的样条函数,并用对样条函数求积分的方法计算出满足所需磁共能的方波电流幅值。
设计样机与相应气隙圆直径异步电动机转矩密度对比结果如所示。设计样机的相电流额定值由上至下分别为11 A、15 A和19. 8 A,即相应Y系列异步电机的
额定电流值。采用电机的电磁材料体积来表征电机产生转矩的材料尺寸。考虑到采用外转子形式后,电机在外尺寸上的显著变化,这里仍采用气隙圆轴向作为参考截面进行考量。
不难看出,横向磁场电机的单位有效材料体积转矩密度高于相应的异步电机,且产生相同的转矩时所需的铜损耗和铁磁材料体积要小。由于铜损耗和铁磁材料体积直接反应为电机
的散热情况和运行效率,因此电机在转矩密度上的对比虽不十分严谨,但能够反映出设计构想。
电动机基本知识 电动机通常简称为电机，俗称马达，在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的作用就是将电能转换为机械能。 1、按工作电源分类 根据工作电源的不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机根据电源相数分为单相电动机和三相电动机。直流电动机又分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 2、按结构和工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为同步电动机和异步电动机两种。同步电动机又分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机 3 种。异步电动机又分为感应电动机和交流换向器电动机两种。感应电动机又分为单相异步电动机、三相异步电动机和罩极异步电动机3 种。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机 3 种。 3、按启动与运行方式分类 电动机按启动与运行方式可分为电容启动式电动机、电容启动运转式电动机和分相式电动机。
4、按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、复读机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀、电动自行车、电动玩具等）用电动机、其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5、按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（早期称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（早期称为绕线型异步电动机）。 6、按运转速度分类 电动机按运转速度可分为低速电动机、高速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有极恒速电动机、无极恒速电动机、有极变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。 7、按防护形式分类
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统 开关磁阻电机 Switched Reluctance Drivesystem, SRD 开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drive system, SRD)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，起动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。这使得SR电机驱动系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。 SR电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，SR电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能——电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能——发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。 开关磁阻电机的发展概况和发展趋势 “开关磁阻电机(Switched reluctance motor)”一词源见于美国学者 S.A.Nasarl969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：①开关性——电机必须工作在一种连续的开关模式，这是为什么在各种新型功率半导体器件可以获得后这种电机才得以发展的主要原因；②磁阻性——它是真正的磁阻电机，定、转子具有可变磁阻磁路，更确切地说，是一种双凸极电机。开关磁阻电机的概念实际非常久远，可以追溯到19世纪称为“电磁发动机”的发明，这也是现代步进电机的先驱。在美国，这种电机常常被称为“可变磁阻电机(variable reluctance motor, VR电机)”一词, 但是VR电机也是步进电机的一种形式，容易引起混淆。有时人们也用“无刷磁阻电机(Brushless reluctance motor)”一词，以强调这种电机的无刷性。“电子换向磁阻电机(Electronically commutated reluctance motor)”一词也曾采用，从工作原理来看，甚至比“开关磁阻”的说法更准确—些，但也容易与电子换向的水磁直流电机相混淆。毫无疑问，正是由于英国 P．J．Lawrenson教授及其同事们的杰出贡献，赋予了现代SR电机新的意义，开关磁阻电机一词也因此逐渐为人们所接受和采用。 从电机结构和运行原理上看，SR电机与大步距角的反应式步进电机十分相似，因此有人将SR电机看成是一种高速大步距角的步进电机。但事实上，两者是有本质差别的，这种差别体现在电机设计、控制方法、性能特性和应用场合等方面，见表11-1。
电动机的基本结构及工作原理 交流电机分异步电机和同步电机两大类。异步电机一般作电动机使用，拖动各种生产机械作功。同步电机分分为同步发电机和同步电动机两类。根据使用电源不同，异步电机可分为三相和单相两种型式。 一、异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子和转子两部分组成。因转子结构不同又可分为三相笼型和绕线式电机。 1、三相异步电动机的定子： 定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子的作用是通入三相对称交流电后产生旋转磁场以驱动转子旋转。定子铁心是电动机磁路的一部分，为减少铁心损耗，一般由0.35～0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成圆筒形状，安装在机座内。定子绕组是电动机的电路部分，安嵌安在定子铁心的内圆槽内。定子绕组分单层和双层两种。一般小型异步电机采用单层绕组。大中型异步电动机采用双层绕组。机座是电动机的外壳和支架，用来固定和支撑定子铁心和端盖。 电机的定子绕组一般采用漆包线绕制而成，分三组分布在定子铁心槽内（每组间隔120O），构成对称的三相绕组。三相绕组有6个出线端，其首尾分别用U1、U2；V1、V2；W1、W2表示，连接在电机机壳上的接线盒中，一般3KW以下的电机采用星形接法（Y接），3KW以上的电机采用三角形接法（△接）。当通入电机定子的三相交流电相序改变后，因定子的旋转磁场方向改变，所以电机的转子旋转方向也改变。
2、三相异步电动机的转子： 转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。转子的作用是产生感应电动势和感应电流，形成电磁转矩，实现机电能量的转换，从而带动负载机械转动。转子铁心和定子、气隙一起构成电动机的磁路部分。转子铁心也用硅钢片叠压而成，压装在转轴上。气隙是电动机磁路的一部分，它是决定电动机运行质量的一个重要因素。气隙过大将会使励磁电流增大，功率因数降低，电动机的性能变坏；气隙过小，则会使运行时转子铁心和定子铁心发生碰撞。一般中小型三相异步电动机的气隙为0.2～1.0mm，大型三相异步电动机的气隙为1.0～1.5mm。 三相异步电动机的转子绕组结构型式不同，可分为笼型转子和绕线转子两种。笼型转子绕组由嵌在转子铁心槽内的裸导条（铜条或铝条）组成。导条两端分别焊接在两个短接的端环上，形成一个整体。如去掉转子铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，由此而得名。中小型电动机的笼型转子一般都采用铸铝转子，即把熔化了的铝浇铸在转子槽内而形成笼型。大型电动机采用铜导条；绕线转子绕组与定子绕组相似，由嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组构成，绕组作星形形联结，三个绕组的尾端连结在一起，三个首端分别接在固定在转轴上且彼此绝缘的三个铜制集电环上，通过电刷与外电路的可变电阻相连，用于起动或调速。 3、三相异步电动机的铭牌： 每台电动机上都有一块铭牌，上面标注了电动机的额定值和基本技术数据。铭牌上的额定值与有关技术数据是正确选择、使用和检修电动机的依据。下面对铭牌中和各数据加以说明： 型号异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特
开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用（二） （低轴阻发电机参考资料） 1 引言 开关磁阻电机驱动系统(SDR)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。 SR电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，SR电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能—电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。本文将从SR电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理。 2 电动运行原理 2.1 转矩产生原理 控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息，结合给定的运行命令(正转或反转)，导通相应的定子相绕组的主开关元件。对应相绕组中有电流流过，产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时，电磁转矩消失。此时控制器根据新的位置信息，在定转子即将达到平衡位置时，向功率变换器发出命令，关断当
前相的主开关元件，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置转动;这样，控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就可产生连续的同转向的电磁转矩，使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最隹状态下运行。 图1 三相sr电动机剖面图 从上面的分析可见，电流的方向对转矩没有任何影响，电动机的转向与电流方向无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。若通电顺序改变，则电机的转向也发生改变。为保证电机能连续地旋转，位置检测器要能及时给出定转子极间相对位置，使控制器能及时和准确地控制定子各相绕组的通断，使srm能产生所要求的转矩和转速，达到预计的性能要求。 2.2 电路分析
开关磁阻电动机原理 Switched Reluctance Motor 开关磁阻电动机（SR）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。 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 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。 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，利用齿极间的吸引
力拉动转子旋转。 三相6/4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3相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相6/4结构。在下图标注的A相、B相、C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。 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的。A 相、B相、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度。 从左面图起，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10度的图，右面图是转到20度的图，磁力一直牵引转子转到30度为止，到了30度转子不再转动，此时磁路最短。
开关磁阻电机的基本学习内容 1 开关磁阻电机的基本原理以及结构 开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor ，简称SRM) 定转子为双凸极结构，铁心均由普通硅钢片叠压而成，其定子极上有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一相，转子非永磁体，其上也无绕组[1,3]。SRM 的定转子极数必须满足如下约束关系： s r s N =2km N = N + 2k (1-1) 其中，Ns ，Nr 分别为电机定、转子数；m 为电机相数值减1；k 为一常数。以下图1-1所示一个典型四相8/6极SRM 为例，相数为4，因而m=3，取k=1，则Ns=6，Nr=8。m 及k 值越高，越利于高控制性能控制，但相应成本越高，结构越复杂。目前技术较为成熟，发展较为迅速的产品多为三、四相SRM [2]。
图1-1即为一典型四相8/6结构的SRM电机本体及其不对称功率变换器主电路的示意图（图1-1在末尾手画）。为表述清晰，图中仅画出不对称半桥电路的一相，其他各相均与该相相同，并省略了相应的驱动及检测电路。完整的开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD）则由SRM、功率变换器、控制器、位置检测器等四大部分组成，如下图1-2示。 SRM可以认为是同步电机的一个分支，它运行时遵循磁阻最小原理，同步进电机较为类似[2,30]。其具体运行原理如下：首先要保证励磁相的定子凸极和最近的转子凹极中心线不重合，也即初始位移不能位于磁阻最小位置。通以交流电后，经过一个整流桥变为直流电源，当开关S1和S2开通时，AA’相通电励磁，产生一个磁拉力。在该电磁力的轴向分量作用下，产生电磁转矩，凸极转子铁心趋向于旋转到定转子极轴线B-B’与A-A’重合的位置；而电磁力的径向力分量则造成定子的“变形”，这也是产生转矩脉动和电机噪声的根本原因之一。在该过程中电机吸收电能。关断S1和S2，开通BB’相，此时AA’相经续流二极管VD1、VD2将电能回馈给电源，同时BB’相趋向运行到定转子极轴线C-C’与B-B’重合的位置。以此类推，顺次给A→B→C→D相循环励磁，在惯性和轴向力的作用下，转子将一直逆着励磁顺序旋转，从而完成自同步运行。同理若改变励磁顺序为C→B→A→D，则转子沿顺时针方向转动。由此可以看出， SRM与直流电机不同，其运行方向与相电流方向无关，而仅与相绕组通电顺序有关。 图1-2开关磁阻电机调速系统构成
开关磁阻电机的原理及其控制系统 开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。具有结构简单、运行可靠、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。 一、开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。 开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片的结构如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子结构图 图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1. S2是电子开关，VD1, VD2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，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子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，保持电机的连续运行。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，因为电感与磁阻成反比，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。 当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时，开关S1, S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线O1向定子A相磁极轴线OA趋近。当OA和O1轴线重合时，转子己达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失。此时打开A相开关S1, S2，合上B相开关，即在A相断电的同时B相通电，建立以B相定子磁极为轴线的磁场，电动机内磁场沿顺时针方向转过300，转子在磁场磁拉力的作用下继续沿着逆时针方向转过15,。依此类推，定子绕组A-B-C三相轮流通电一次，转子逆时针转动了一个转子极距Tr(T.=2π/N,)，对于三相12/8极开关磁阻电机， T=3600/8=o 45，定子磁极产生的磁场轴线则顺时针移动了3×30'=90'空间角。可见，连续不断地按A-B-C-A的顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-A的方向不断移动，转子沿A-C-B-A的方向逆时针旋转。如果按 A-C-B-A的顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着A-C-B-A的方向转动，转子则沿着与之相反的A-B-C-A方向顺时针旋转。 二、开关磁阻电机的控制原理 传统的PID控制一方面参数的整定没有实现自动化，另一方面这种控制必须精确地确定对象模型。而开关磁阻电动机( SRM) 得不到精确的数学模型, 控制参数变化和非线性, 使得固定参数的PID 控制不能使开关磁阻电动机控制系统在各种工况下保持设计时的性能指标。
无刷直流电动机简介和基本工作原理 无刷直流电动机简介和基本工作原理 无刷直流电动机简介 直流无刷电机 : 又称“无换向器电机交一直一交系统”或“直交系统” 。是将交流电源整流后变成直流， 再由逆变器转换成 频率可调的交流电, 但是, 注意此处逆变器是工作在直流斩波方式。 无刷直流电动机Brushless Direct Current Motor ,BLDC, 采用方波自控式永磁同步 电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器, 以钕铁硼作为转子的永磁材料; 产品性能超越传统直流电机的所有优点, 同时又解决了直流电机碳刷滑环的缺点, 数字式控 制, 是当今最理想的调速电机。 无刷直流电动机具有上述的三高特性, 非常适合使用在24 小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载; 低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动; 其稳速运转精度比直流有刷电机更高, 比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高, 性能价格比更好, 是现代化调速驱动的最佳 选择。 基本工作原理 无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速 度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始
开关磁阻电动机原理 资料来源：https://www.doczj.com/doc/1112993735.html,/zindex01.html 开关磁阻电动机（SR）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。 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 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。 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，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。
三相6/4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3相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相6/4结构。在下图标注的A相、B相、C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。 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的。A相、B相、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度。 从左面图起，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10度的图，右面图是转到20度的图，磁力一直牵引转子转到30度为止，到了30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30度前已切断A相电源在30度时接通B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40度的图，右面图是转到50度的图，磁力一直牵引转子转到60度为止。 磁阻电机工作原理示意图-2
开关磁阻电机 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。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。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。 其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。 特征 开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，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）。 优点 ◆其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。 ◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。由于绕组均在定子上，电机容易冷却。效率高，损耗小。 ◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。 ◆转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。 ◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。 ◆调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。 ◆并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。 ◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。 ◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。 ◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。 缺点 其工作原理决定了，如果需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。 因其要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。 对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会体现的更加明显。 如果单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要加入更加复杂的算法。 另外，运行时噪音和振动较大、非线形性强也是开关磁阻电机需要解决的问题。 目前国内实用的磁阻电机属于初级阶段，部分产品控制相对粗放，电机的响应速度慢、低速下的脉动大，难以实现较高的控制精度。 结构原理 双凸极结构
电动车开关磁阻电机的结构 【陆地方舟电动汽车网】电动汽车开关磁阻电机的基本组成部件有转子、定子和电子开关，如图所示。 开关磁阻电机的构成 (1)转子 开关磁阻电机的转子由导磁性能良好的硅钢片叠压而成，转子的凸极上无绕组。开关磁阻电机转子的作用是构成定子磁场磁通路，并在磁场力的作用下转动，产生电磁转矩。转子的凸极个数为偶数。实际应用的开关磁阻电机的转子凸极最少有4个（2对），最多有16个（8对）。 (2)定子 电动汽车开关磁阻电机的定子铁心也是由硅钢片叠压而成的，成对的凸极上绕有两个互相串联的绕组。定子的作用是定子绕组按顺序通电，产生的电磁力牵引转子转动。定子凸极的个数也是偶数，最少的有6个，最多的有18个。 定子和转子的极数组合见表，目前应用较多的四相8/6极结构和三相6/4极结构。 电动汽车开关磁阻电机的极数组合 电动汽车开关磁阻电机的原理 与其他类型的电机相比，开关磁阻电机的结构和工作原理都有很大的不同。 开关磁阻电机的定子和转子均为双凸极结构，依据磁路磁阻最小原理产生电磁转矩，使转子转动。 开关磁阻电机的定子双凸极上绕有集中绕组，转子凸极上没有绕组。其电磁转矩产生如图所示。 图中仅画出其中一相绕组（A相）的连接情况。当定子、转子凸极正对时，磁阻最小；
当定子、转子凸极完全错开时，磁阻最大。当B相绕组施加电流时，由于磁通总是选择磁阻最小的路径闭合，为减少磁路的磁阻，转子将顺时针旋转，直到转子凸极2与定子凸极B 的轴线重合。 四相8/6极开关磁阻电机 当各电子开关依次控制A、B、C、D四个定子绕组通电时，转子就会不断受电磁力的作用而持续转动。如果定子绕组按D-A-B-C的顺序通电，则转子就会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转。反之，若按B-A-D-C的顺序通电，则电机转子就会沿顺时针方向转动。 根据定子、转子凸极对数的配比，开关磁阻电机可以设计成不同的结构，如图所示。 开关磁阻电机的不同凸极配比
自启动永磁同步电机与开关磁阻电机对比 1、自启动永磁同步电机 1.1 工作原理 起步过程与异步电机一样，定子绕组三相旋转磁场与转子鼠笼条（铜条）感应电流产生的磁场作用，让电机启动起来，此时永磁体不起作用，当转速起来后，由永磁体与定子旋转磁场作用带动转子旋转。当同步转速稳定后，由于定子磁场转速与转子转速一致，及没有相对运动，不会产生感应电流，鼠笼条（铜条）也就不起作用。 1.2 基本结构 主要由定子铁芯、绕组、机座、端盖、接线盒、转子铁芯、转轴、磁钢等组成。 定子结构转子结构 2、开关磁阻电机 2.1 工作原理 开关磁阻电机磁路始终以“磁阻最小”为转动原则，及当绕组通交流时，会在气隙形成交流磁场，该磁场从定子流动转子，再留回定子形成回路，该回路始终从最小磁阻的路径流过。然后通过控制器依次给三相绕组通电形成旋转磁场，从而带动转子旋转起来。 2.2 基本结构 除转子上没有磁钢外，其余构建与永磁同步电机一致，只是转子形状和绕组排布有差异而已。
3、性能对比 3.1 由于开关磁阻电机定子和转子都有齿槽，气隙磁场畸变比较严重，相比永磁同步电机只有定子开有槽，开关磁阻转矩脉动和电磁噪音大很多。 3.2 自启动永磁同步电机转子有启动绕组，可以直接启动，而开关磁阻电机必须通过控制器才能启动，成本增加，而且需增加控制器安装空间。 3.3 开关磁阻电机由于转子没有安装永磁体，出力全靠定子绕组电流产生，不仅增加了定子绕组和逆变器的负担，也提高了逆变器功率要求，当然成本也会提高。 3.4 永磁同步电机额定效率达95%以上，且高效率区域很宽，而开关磁阻基本在90%左右，高效区也很窄，在负载比较低的工况下，耗电量比较高。 3.5 同功率、转速下，永磁同步电机可以做得比开关磁阻体积小、重量轻。 综上：与开关磁阻电机相比，永磁同步电机的优势更明显，特别是在负载不高的工况下，节能效果比较突出。
开关磁阻电动机的结构和工作原理 开关磁阻电动机( switched reluctance motor，SRM)，又称可变磁阻电动机(variable reluctance motor)，是磁阻式电动机和开关电源组成的机电一体化的新型电动机。 开关磁阻电动机的结构和工作原理与传统的交、直流电动机有着很大的差别，在结构上，开关磁阻电动机的定子、转子均为凸极式，由硅钢片叠压而成，但定子、转子的极数不相等，一般相差2个。 在图中，定子为8个极，其上装有集中绕组，径向相对极的绕组串联，组成4个独立的四相绕组。转子上有6个齿，其上不装绕组。工作时，由开关电源向四相绕组供电。 开关磁阻电动机是依靠磁阻效应运行的，其运行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，在磁场中，一定形状铁芯的主轴线有向与磁场轴线重合位置运动的趋势。利用这种趋势，开关磁阻电机以定子凸极产生磁场，转子铁芯凸极形成均匀分布的多个主轴线，只要控制定子各相顺序产生磁场，转子就总具有转向磁阻最小位置的趋势，从而产生维持电机运转的连续转矩。 如图所示的四相8／6极开关磁阻驱动电机为例，图中仅画出了定子其中的A相绕组。当B相绕组受到激励时，为减小磁路的磁阻，转子顺时针旋转，直到转子极2与定子极B 相对，此时磁路的磁阻最小（电感最大）。如果切断绕组B的激励，给绕组A施加激励，磁阻转矩使转子极l与定子极A相对。转矩方向一般指向最近的一对磁极相对的位置。因此，根据转子位置传感器的反馈信号，各相绕组按B-A-D-C的顺序导通，使转子沿顺时针方向连续旋转；反之，若按D-A-B-C的顺序导通，则电机会按逆时针方向连续旋转。通过控制加到电机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置，即可控制开关磁阻电动机转矩的大小与方向。 开关磁阻电动机的分类和特点 (1)分类 径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁体，成为“一相”。根据定转子极数的不同，有多种电机结构，最常用的是三相6／4结构和四相8/6结构，如图所示。 开关磁阻电动机的气隙磁场有三类形式：径向磁场、轴向磁场和混合磁场。 (2)特点 开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点。 ①结构简单开关磁阻电动机结构比其他电动机都要简单，相对于有刷直流电动机，其在电机的转子上没有滑环、绕组；相对于永磁无刷直流电动机和感应同步电动机，其转子上不需要安装永磁体；开关磁阻电动机只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线；开关磁阻电动机的定子和转子均采用凸极结构，定子和转子都是由硅钢片叠片组成；电动机结构简单、坚固，工作可靠，可适应高速、高温及强震动环境。 ②运行效率高开关磁阻电动机的转子不存在励磁及转差损耗，功率变换器元器件少，相应的损耗也小，在较宽的转速范围和较宽的转矩范围内效率可以达到85%-93%。 ③启动和低速性能好开关磁阻电动机启动转矩大，启动电流小，没有启动冲击电流；低速时可以提供很大的转矩；开关磁阻电动机调速系统启动转矩达到额定转矩的150%时，启动电流仅为额定电流的30%。 电动汽车价格https://www.doczj.com/doc/1112993735.html, ④调速性能好调速范围宽广，可控参数多，可控参数有主开关开通角、主开关关断角、相电流幅值、直流电源电压；控制灵活，可实现多种控制方式联合运用；开关磁阻电动机可以四象限运行，容易实现正转，反转和电动、制动等。 ⑤可靠性高开关磁阻电动机结构简单坚固，各相电路独立工作，当某一相线圈发生故障时，只需停止该相线圈工作，电动机仍然可以继续运转。
开关磁阻电机驱动系统的运行原理（二） （低轴阻发电机参考资料） 1 引言 开关磁阻电机驱动系统(switched reluctance drive system, srd)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。这使得sr电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。 sr电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，sr电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能—电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是sr电动机的逆过程。本文将从sr电机电动和发电运行这两个角度阐述sr电机的运行原理。 2 电动运行原理 2.1 转矩产生原理 如图1所示，控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息，结合给定的运行命令(正转或反转)，导通相应的定子相绕组的主开关元件。对应相绕组中有电流流过，产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时，电磁转矩消失。此时控制器根据新的位置信息，在定转子即将达到平衡位置时，向功率变换器发出命令，关断当前相的主开关元件，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置转动;这样，控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就可产生连续的同转向的电磁转矩，使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最隹状态下运行。
电动机工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
电动机工作原理 电动机无所不在！您在房内四周所见到的机械运动几乎都是由AC（交流）或DC（直流）电动机产生的。 通过了解电动机的工作原理，我们可以了解有关磁铁、电磁铁和电学的许多常识。本文将介绍是什么原因使电动机不断运转。 电动机内部结构 我们首先看看简易型双极直流电动机的总平面图。简易电动机包括六个部分，如下图所示： 电枢或转子 整流子 电刷 轴 场磁铁 某种类型的直流电源
电动机的组成部分 电动机的工作方式不外乎与磁铁和磁性相关：电动机使用磁铁产生运动。如果您曾经玩过磁铁的话，就知道所有磁铁都具有以下基本法则：同极相斥，异极相吸。因此，如果有两根磁铁，并且每根的两端分别标有“北”和“南”，则一根磁铁的北极将会吸住另一根磁铁的南极。反之，一根磁铁的北极将会排斥另一根磁铁的北极（对于南极，情况与此相同）。在电动机的内部，就是这些吸引力和排斥力产生了旋转运动。 在上图中，您可以看到电动机中有两块磁铁：电枢（或转子）是电磁铁，场磁铁是永久磁铁（场磁铁也可以充当电磁铁，但在大多数小型电动机中，人们为了省电而不将其用作电磁铁）。 玩具电动机 此处分解的电动机是在玩具中常见的简易型电动机：
您可以看到这是一个小型电动机，与一毛钱的美元硬币差不多大小。从外部看，可以看到构成电动机机体的钢结构、一根轴、一个尼龙端盖和两条电池导线。如果将电动机的电池导线接到手电筒的电池上，轴就会转动。如果将导线反接，则轴会朝反方向转动。下面是同一电动机的其他两个视图。（请注意第二个视图中钢壳一侧的两个槽，稍后您就会明白它们是用来干什么的了）
开关磁阻电动机原理 资料来源：开关磁阻电动机（SR）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。 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 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。 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，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。 三相6/4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3相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相6/4结构。在下图标注的A相、B相、C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。 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的。A相、B相、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度。 从左面图起，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10度的图，右面图是转到20度的图，磁力一直牵引转子转到30度为止，到了30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30度前已切断A相电源在30度时接通B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40度的图，右面图是转到50度的图，磁力一直牵引转子转到60度为止。
开关磁阻电机的基本了解
开关磁阻电机的基本学习内容 1 开关磁阻电机的基本原理以及结构 开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor ，简称SRM) 定转子为双凸极结构，铁心均由普通硅钢片叠压而成，其定子极上有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一相，转子非永磁体，其上也无绕组[1,3]。SRM 的定转子极数必须满足如下约束关系： s r s N =2km N = N + 2k (1-1) 其中，Ns ，Nr 分别为电机定、转子数；m 为电机相数值减1；k 为一常数。以下图1-1所示一个典型四相8/6极SRM 为例，相数为4，因而m=3，取k=1，则Ns=6，Nr=8。m 及k 值越高，越利于高控制性能控制，但相应成本越高，结构越复杂。目前技术较为成熟，发展较为迅速的产品多为三、四相SRM [2]。
图1-1即为一典型四相8/6结构的SRM 电机本体及其不对称功率变换器主电路的示意图（图1-1在末尾手画）。为表述清晰，图中仅画出不对称半桥电路的一相，其他各相均与该相相同，并省略了相应的驱动及检测电路。完整的开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance Motor Drive ，简称SRD ）则由SRM 、功率变换器、控制器、位置检测器等四大部分组成，如下图1-2示。 SRM 可以认为是同步电机的一个分支，它运行时遵循磁阻最小原理，同步进电机较为类似[2,30]。其具体运行原理如下：首先要保证励磁相的定子凸极和最近的转子凹极中心线不重合，也即初始位移不能位于磁阻最小位置。通以交流电后，经过一个整流桥变为直流电源，当开关S1和S2开通时，AA ’相通电励磁，产生一个磁拉力。在该电磁力的轴向分量作用下，产生电磁转矩，凸极转子铁心趋向于旋转到定转子极轴线B-B ’与A-A’重合的位置；而电磁力的径向力分量则造成定子的“变形”，这也是产生转矩脉动和电机噪声的根本原因之一。在该过程中电机吸收电能。关断S1和S2，开通BB ’相，此时AA ’相经续流二极管VD1、VD2将电能回馈给电源，同时BB ’相趋向运行到定转子极轴线C-C ’与B-B ’重合的位置。以此类推，顺次给A →B →C →D 相循环励磁，在惯性和轴向力的作用下，转子将一直逆着励磁顺序旋转，从而完成自同步运行。同理若改变励磁顺序为C →B →A →D ，则转子沿顺时针方向转动。由此可以看出， SRM 与直流电机不同，其运行方向与相电流方向无关，而仅与相绕组通电顺序有关。 功率 变换器电流检测位置检测 控制器速度反馈电源负 载 位置反馈速度 给定SRM 图1-2开关磁阻电机调速系统构成
文献检索 径向磁通开关磁阻电机的发展历史及趋势 姓名 学号825 所在学院电气与电子工程学院 专业班级12电气7班 日期2014年12月26日
一、开关磁阻电机发展简介 开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。 1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）雏形，这是关于开关磁阻电机最早的研究。1972年，进一步对带半导体开关的小功率电动机（10w～1kw）进行了研究。到了1975年有了实质性的进展，并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司（SRD Ltd.），专门进行SRD系统的研究、开发和设计。1983年英国（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行500km。该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。 从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看，对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。 二、开关磁阻电机的分类 按气隙磁通方向分类方法将开关磁阻电机分为两类：径向磁通开关磁阻电机和横向磁通开关磁阻电机。这里，着重分析径向磁通开关磁阻电机。 1、径向气隙磁通 发电机依靠转子对定子的相对运动来发电，在定子与转子之间的间隙称为气隙。在传统电机结构中，定子在外围，转子在中间旋转，见图1右图，定子与转