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。它的构造简单稳固，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，而转子位置检测器那么安装在电机的一端。
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、磁通状态直承受开关控制，故称为开关磁阻电动机。
特征
开关磁阻电机构造简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种上下速驱动调速系统。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
◆ 其构造简单，价格廉价，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。
◆ 转子上没有电刷构造稳固，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，控制灵敏，易于实现各种再生制动才能。
◆ 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，假设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，增加了构造复杂性，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，转矩脉动大会表达的更加明显。
开关磁阻电机调速系统基本构成
开关磁阻电动机调速系统主要由开关磁阻电动机（SRM）、功率变换器、控制器和检测 器组成[2]。如图1 所示：
（1）磁阻电机
磁阻电机是SRD 系统的执行元件。一般采用凸极定子和凸极转子，即双凸极结构，并 且定、转子齿极数（简称极数）不相等，定子装有集中绕组，直径方向相对的两个绕组串联 成为“一相”；转子由叠片构成，没有绕组、换向器、集电环等。SR 电机可做成单相、两相、 三相、四相和多相，相数越多，性能越好，但结构复杂，主开关器件多，本钱较高，故相数 不宜太多。[1]图2 所示为一台4 相8/6 极SR 电机示意图。定子有8 个齿，转子有6 个齿。 每个定子齿上绕有一个线圈，其中径向相对的两个极的线圈串联构成一相绕组，共有4 组绕
组，转子上无绕组。
SR 电动机的运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合， 而具有一定外形的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。在 图2 中，当定子D-D′极励磁时， 1-1′向定子轴线D-D′重合的位置转动，并使D 相励磁绕组 的电感以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给D→A→B→C 相绕组通电， 转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，若依次给B→A→D→C 相通电，则 电动机即会沿顺时针方转动。可见， SR 电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取于 相绕组通电的顺序[3]。
另外，当主开关器件S2 导通时， A 相绕组从直流电源U 吸收电能，而当S1、S2 关断， 绕组电流经续流二极管VD1、VD2 继续流通，并回馈给电源U。此， SR 电动机传动的共 性特点是具有再生作用，系统效率高。
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（即导通角、关断角），即可控制SR 电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。
开关磁阻电机研究的背景及意义
一、 项目目的与意义
开关磁阻电机设计及其在矿山机械中的应用研究项目属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中工业节能（机电产品节能）、基础件和通用部件的重点支持领域，同时符合《湖南省加快培育和发展战略性新兴产业总体规划纲要》高效节能制造产业中节能电机重点发展领域。
开关磁阻电动机(SRD)调速系统是基于计算机和电力电子技术的控制器及开关磁阻电动机的新型调速系统，由开关磁阻电动机与微机智能控制器两个部分组成。开关磁阻电动机调速系统的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大、控制灵活，此外还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。除可以取代已有的电气传动调速系统(如直流调速系统、变频调速系统)外，开关磁阻电动机调速系统还十分适用于矿山井下机电设备需要重载启动、频繁启动、正反转、长期低速运行的应用场合，如无极绳牵引车、电牵引采煤机、刮板输送机等。
据有关资料统计，我国煤矿辅助运输职员约占井下职工总数的1/3，且矿井每采百万吨煤需要1200 ~ 1500名职工从事辅助运输，用工量是发达国家的7 ~ 10倍。其主要原因就是我国煤矿辅助运输系统落后，效率太低，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统方式，严重影响矿井生产效率和煤矿安全生产。随着当前大中型矿井的建设，矿井辅助运输设计与选型是矿井建设的重要课题之一，提高矿井辅助运输的装备水平对确保矿井生产产量进步具有极其深远的意义。
目前，我国矿用机械交流电动机采用较多的调速方式主要有交流变频调速和开关磁阻电动机调速。交流变频技术硬件成本较高、控制电路复杂且不宜进行维护和维修，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握变频器核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能针对矿井特殊的应用条件将变频器加以改进和设计，较难适应矿用要求。开关磁阻电动机调速系统作为后起之秀，具有伺服系统的高性能和普通调速系统的价格，性价比非常高，这是交流变频调速系统根本无法比拟的，SRD和变频调速的综合效率比较如下表：
ｉ试验．研夯／ ｓ仃ｎｇ＆Ｒｅｓｅａ代ｈ
构。开关磁阻电动机的运行遵循“磁阻最小原 理”。即：磁通沿着磁阻最小的路径闭合，具有一 定形状的铁心在移动到主轴线与磁场的轴线重合时 磁阻最小。依次给Ｄ—Ａ—Ｂ—Ｃ相绕组通电，转子 以逆时针方向连续旋转；反之，顺时针方向转动。 可见，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。其转速取决于 每相通电的时间。由此可以认定，开关磁阻电动机 没有固定的转差率，也没有固定的同步转速，只有 可供调整的转速范围。
３试验效果分析
在第一采油厂两口井进行了现场试验，试验前 后进行了对比测试，测试结果见表１。对比结果表 明，更换电动机前后，产液量稳定，有功功率由 ８．９６ ｋＷ下降到６．９７ ｋＷ，下降１．９９ ｋＷ，有功节电 率２２．２ｌ％；系统效率由２７．９１％上升到３５．４７％，上 升７．５６个百分点，上升２７．０９％；吨液百米耗电由 １．０ｌ ｋＷｈ下降到０．８２ ｋＷｈ，下降０．１９ ｋＷｈ，下降 １８．９１％。
表１ 开关磁阻电动机现场试验效果对比
井号项目ＰＡ／有功功率，无功功率／动液 系统吨液百米 （ｔ・ｄ。。） ｋＷ ｋｖａｒ 面／ｍ效率，％耗电／ｋＷｈ
对２口井测试了安装开关磁阻电动机前后的电 流、功率对比曲线，见图３、图４。
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图３试验井１电流对比曲线
从试验井１曲线对比可以得出，该井更换电动
４ ｌ ． ｙ ｈｊ ｒ、．。。ｍ 机前后电流有较大幅度的下降，特别是功率曲线， 在功率也有较大幅度的下降的同时可明显地见到消 除了负功率，在取得一定的节能效果的同时，消除 了减速箱的“背击”现象，对延长减速箱使用寿命 起到一定的作用。
