开关磁阻电机ppt课件

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开关磁阻电机发展历史
开关磁阻电机的最早文献却可追溯到1838年，英格兰学者Davidson 制造了一台用以推动蓄电池机车的驱动系统。
70年代左右，英国Leeds大学步进电机和磁阻电机研究小组首创了 一台现代开关磁阻电机的雏形。
1980年，Lawrenson及其同事在ICEM会议上，发表著名论文“开 关磁阻调速电动机”，系统地介绍了他们的工作成果，阐述了SR电 机的原理及设计特点，在国际上奠定了现代SR电机的地位，这也标 志着SRD正式得到国际认证。
当转子转到90度前切断C相电源，转子在90度的状态与前面0度开始时一样，重 复前面过程，接通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。
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2.1 SRD传动系统 2.1.1 SRD传动系统的组成
电源
功率变换器
SR 电动机
负载
控制信号
电流检测 位置检测 控制器
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2.1.1 SRD传动系统的组成
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SR电动机定、转子实际结构
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SR电动机定、转子实际结构
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工作机理
❖ 开关磁阻电机的工作机理基于磁通总是沿磁导最大的路 径闭合的原理。
1. 结构特点
S1
A
1 定子和转子均为凸极 结构；
B
DD 1
1
3'
个极上的线圈串联或
并联构成一相绕组
Es
C2
2' C'
3 定子集中绕阻、绕组
VD 2
3
1'
为单方向通电
D
B'
4 转子上无绕组
S2
A'
5 最常见的组合为6/4
极，8/6极或12/8极。
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2.1.2 运行原理：磁阻最小原理
磁通总要沿着磁阻最小路径闭合，一定形状的铁心 在移动到最小磁阻位置时，必定使自己的轴线与主 磁场的轴线重合
A-A’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与A-A’重合 B-B’ 通电 ⃗ 2-2‘ 与B-B’重合 C-C’ 通电 ⃗ 3-3‘ 与C-C’重合 D-D’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与D-D’重合
依次给A-B-C-D绕组通电，转 子逆励磁顺序方向连续旋转
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向线圈供电的开关是用开关晶体管进行的，下面就是三相线圈与开关晶体管 的连接示意图，BG1、BG2、BG3是三个开关晶体管，分别控制三相线圈A、 B、C的电流通断，三极管旁边并联的二极管是用来续流的。
从此，世界上大批学者投入到SR电机的研究领域。
到日前为止，在SRD系统的开发研制方面，英国一直处于国际领先 地位。除英国外，美国、中国、加拿大、印度、韩国等国家也都开 展了SRD系统的研究工作。
通过20多年的研究和改进，SRD的性能不断提高，目前已能在数百 瓦到数百千瓦的功率范围内使其性能不低于其他形式的电机。
两类不同机理的电动机
电机可以根据转矩产生的机理粗略的分为两大类：一类是由电磁作用 原理产生转矩；另一类是由磁阻变化原理产生转矩。
在第一类电机中，运动是定、转子两个磁场相互作用的结果。这种相 互作用产生使两个磁场趋于同向的电磁转矩，这类似于两个磁铁的同极性 相排斥、异极性相吸引的现象。目前大部分电机都是遵循这一原理，例如 一般的直流电机和交流电机。
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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。
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在转子转到60度前切断B相电源在60度时接通C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70度的 图，右面图是转到80度的图，磁力一直牵引转子转到90度为止。
第二类的电机，运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的。当定子 绕组通电时，产坐一个单相磁场，其分铀要遵循“磁阻最小原则”，即磁 通总要沿着磁阻最小的路径闭合。因此，当转子轴线与定子磁极的轴线不 重合时，便公有磁阻力作用在转子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位 置。即两轴线重合位置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象。开关磁阻电 机就是属于这一类型的电机。
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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，磁阻电机转子上没 有绕组，那是靠什么力推动转子转动呢？
磁阻电动机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，利用磁引力拉动转子 旋转。
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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是连接在一起的，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、B、C相线圈仅为后面分析磁路带来方便，并不是连接三相交流电。
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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，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；把转子启动前的转角定为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逆时针转动；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。
电机原理演示
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下面通过一个开关磁阻电动机原理模型来介绍工作原理。
电机的定子铁芯有六个齿极， 由导磁良好的硅钢片冲制。
电机的转子铁芯有四个齿极， 由导磁良好的硅钢片冲制。
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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），用来向电机提供工 作磁场。在转子上没有线圈，这是磁阻电机的主要特点。
❖ 当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁场就 会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁导最大的 位置。
❖ 当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将一步 一步地沿着通电相序相反的方向转动。
❖ 如果改变定子各相的通电次序，电机将改变转向。但相 电流通流方向的改变是不会影响转子的转向的。
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一、开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor)