开关磁阻电机SRM的原理及建模
开关磁阻电机控制器硬件设计及底层驱动开发
三、盘式开关磁阻电机控制器的 设计
针对洗衣机应用场景的特殊性，我们设计了一种盘式开关磁阻电机控制器。该 控制器由功率开关、磁传感器、控制电路板等组成。功率开关采用IGBT或 MOSFET等高性能开关器件，能够承受较高的电流和电压。磁传感器采用霍尔 元件或磁敏电阻等器件，能够准确检测磁场的变化。控制电路板采用微处理器 或FPGA等高性能芯片，能够实现复杂的控制逻辑和算法。
二、底层驱动开发
2、1驱动程序架构
底层驱动开发主要包括对STM32F4系列单片机的配置和编程。为了实现对电机 的精确控制，我们需要对单片机的GPIO（General Purpose Input/Output） 口、PWM口和ADC口进行配置和控制。我们使用C语言编写了相应的驱动程序， 包括初始化、配置、控制等函数。
2、4 ADC口配置与控制
ADC口是实现电机电流和电压采样的重要接口。我们使用STM32CubeMX工具对 ADC口进行了配置和初始化，设置了ADC的采样通道、采样速率等参数。通过 调用STM32F4系列单片机的ADC模块API函数实现ADC的采样和数据处理。我们 将采样到的电流和电压数据进行处理后，可以获得电机的实时运行状态信息， 从而为上层控制算法提供数据支持。
四、实验结果与分析
为了验证盘式开关磁阻电机控制器的性能，我们进行了一系列实验。实验结果 表明，该控制器具有较高的稳定性和可靠性，能够有效控制洗衣机的运转。同 时，该控制器具有较强的灵活性和可编程性，能够实现多种洗涤模式和洗涤程 序的快速切换。此外，该控制器具有较强的适应性和稳定性，能够在不同的洗 涤环境下稳定工作。
微控制器模块是整个控制器的核心，我们选择了具有高性能、低功耗特点的 STM32F4系列单片机作为主控制器。该系列单片机采用ARM Cortex-M4内核， 具有高达168MHz的时钟频率和丰富的外设接口，能够满足开关磁阻电机的高 精度控制需求。我们利用STM32F4系列单片机的PWM（Pulse Width Modulation）模块实现对电机的速度控制，利用ADC（Analog-to-Digital Converter）模块实现对电机电流和电压的采样和处理。
开关磁阻电动机调速系统在空气压缩机上的应用
开关磁阻电动机调速系统（SRD）在空气压缩机上的应用图 1：开关磁阻电动机原理图一、 SRD 工作原理简介开关磁阻电动机（SRM ）是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。
定子、转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。
开关磁阻电动机可设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。
图1所示电动机为8/6极。
若以图1中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给A →B →C →D 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，依次给D →C →B →A 相通电，则电动机会顺时针方向转动。
开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，只取决于相绕组通电的顺序。
该电动机结构比鼠笼式交流异步电动机还要简单，其突出的优点是定子上只有几个集中绕组，转子上无任何形式的绕组，机械强度很高，制造简单、可靠性高。
控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断，从而使电动机旋转，旋转方向与电流方向无关。
通过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电动机的旋转方向，通过控制绕组的电流及开通与关断角度可以控制电动机的转速。
控制器原理如图2所示。
模拟量输入RS232模拟量输出开关量输入开关量输出图2：开关磁阻电动机控制器原理图二、SRD系统特性开关磁阻电动机调速系统是由嵌入式微处理器、大规模数字模拟器件、电力电子功率器件及开关磁阻电动机共同组成的新型调速系统，其性能指标比普通交流变频调速系统及直流电机调速系统都要好，它是一种新颖的、高性价比的、具有典型机电一体化结构的无级调速系统。
该系统具有以下优点：1.系统效率高开关磁阻电动机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率比其它调速系统高出至少10%。
在低转速及非额定负载下高效率更加明显。
2.调速范围宽，低速下可长期运转开关磁阻电动机调速系统在整个调速范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
第2章开关磁阻电机
磁链方程 第2章开关磁阻电机
所以：
Uk
Rkik
k ik
dik k
dt q
dq
dt
Rkik
Lk
ik
Lk ik
ddikt ik
Lk
q
dq
dt
电阻压降
变压器电动势
运动电动势 (转子位置改变)
第2章开关磁阻电机机 械运动方程：
Te Jdd2tq2 kddqt TL
式中Te——电磁转矩； J——系统的转动惯量； k——摩擦系数；
1)电动机结构简单、成本低、适用于高速, 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简 单的鼠笼式感应电动机还要简单。
2)功率电路简单可靠 因为电动机转矩方向 与绕组电流方向无关，即只需单方向绕 组电流，故功率电路可以做到每相一个 功率开关。
第2章开关磁阻电机
SRD特点：
3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统 从电 动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互 独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。 而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁 路共同作用下产生一个圆形旋转磁场，电动 机才能正常运转。
第2章开关磁阻电机 2.1.5 SRD发展概况
7.5 kW 、1500 r/min几种调速系统性能比较
第22章.开1关磁.6阻电机SRD的应用与研究动向
电动车
航空工业
应
家用电器
用
机械传动
精密伺服系统
的研究方向 SRD 第2章开关磁阻电机
v SR电机设计研究：
™ 铁心损耗计算、转矩脉动、噪声、优化设计等理论
第2章开关磁阻电机 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
三相12-8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真
三相12-8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真1 概述开关磁阻电机（SRM）定子和转子都是凸极形状，且都是由高磁导率的硅钢片堆叠而成，只在定子磁极上安装有集中绕组，转子上既没有绕组也没有永磁体。
与其他电机相比，其结构简单牢固、成本低、调速范围宽、控制灵活等优势十分突出，因此在需要调速和高效率的场合得到了广泛应用。
但是双凸极的结构也带来了磁路饱和、涡流、磁滞效应等一系列的非线性特性，严重影响了开关磁阻电机的运行性能，并且使开关磁阻电机的具体分析研究十分困难。
为了准确研究开关磁阻电机的特性，必须对开关磁阻电机进行建模仿真。
文章基于MATLAB/Simulink仿真系统对三相12/8极开关磁阻电机的驱动系统进行了整体建模仿真研究，將组成系统的开关磁阻电机（SRM）、功率变换器、控制器和位置检测器四部分模块化，对整个系统采用转速、电流双闭环控制方法。
仿真结果验证了搭建模型的正确性。
文章的模型具有参数修改方便，通用性强，适用于开关磁阻电机各种运行模式的特点，为开关磁阻电机及其驱动系统的优化控制研究创造了条件。
2 基于Matlab的SRD仿真模型的建立文章在Matlab/Simulink环境中，利用软件自带的丰富模块库，在分析了开关磁阻电机非线性模型的基础上，搭建出了SRD仿真模型。
系统采用转速、电流双闭环的控制方法，其中转速外环采用PI调节控制，电流环内环采用低速时的电流斩波和高速时的角度位置控制方式。
整个SRD包括电机本体模块、功率变换器模块、控制器模块和位置检测器模块四部分，通过各个模块的协调配合，实现开关磁阻电机的稳定运行。
3 仿真结果基于建立的开关磁阻电机驱动系统模型进行仿真，设定直流母线电压为513V，最大电感为140mH，最小电感为20mH，每相绕组电阻为1.1Ω，转动惯量为0.02kg·m2，摩擦系数为0.001N.ms，将定子凸极和转子凸极对齐的位置定义为0°。
可以得到不同条件下电机运转时的电流、电压、转矩、转速的仿真波形。
开关磁阻电机的电磁设计
开关磁阻电机的电磁设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种利用磁阻力产生转矩的电机。
在SRM电机中，转动部件是一个由一系列磁场互相耦合的铁磁材料构成的转子，它和定子之间没有任何电磁感应元件。
因此，SRM电机具有许多优点，例如结构简单、容量小、重量轻、高效率以及低成本等。
SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。
其设计目标是使电机的转矩和功率因数优化，并使其达到高效率运行。
为了实现这个目标，需要进行以下几个方面的电磁设计。
首先，需要确定电机的工作原理和各种性能指标。
在SRM电机的设计中，常用的工作原理是磁阻推力原理。
在该原理下，通过改变定子上电流的大小和方向，可以产生一个斥力，进而驱动转子转动。
因此，需要确定电机的定子电流和栅极火花的位置和数量等参数。
其次，需要进行电机的磁路设计。
磁路设计主要包括定子和转子的磁路结构设计。
在定子的磁路设计中，需要确定定子的槽形和定子线圈的绕组方式。
在转子的磁路设计中，需要确定转子的磁阻分布和转子磁通闭合的路径。
通过对定子和转子的磁路设计，可以优化电机的磁通分布，提高电机的磁阻和转矩。
然后，需要进行电机的线圈设计。
线圈设计主要包括定子线圈和转子线圈设计。
定子线圈设计中，要考虑线圈元件的形状和尺寸，以及线圈的绕组结构和电流密度。
转子线圈设计中，要考虑转子线圈的尺寸和形状，以及线圈的绕组方式和电流密度。
通过优化线圈的设计，可以提高电机的工作效率和功率因数。
最后，需要进行电机的性能评估和优化设计。
性能评估主要包括电机的转矩、功率因数、效率等。
通过对电机的性能进行评估，可以找出电机的不足之处，进行相应的优化设计，以提高电机的性能。
总之，SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。
通过合理的电磁设计，可以提高电机的转矩和效率，实现电机的高效运行。
但是，电磁设计还需要考虑其他因素，如电机的机械设计、控制系统设计等。
srm开关磁阻电机控制器说明书
srm开关磁阻电机控制器说明书SRM开关磁阻电机控制器说明书一、概述SRM开关磁阻电机控制器是一种用于控制开关磁阻电机的电气装置。
本文将详细介绍SRM开关磁阻电机控制器的工作原理、特点以及使用注意事项。
二、工作原理SRM开关磁阻电机是一种基于磁阻转矩原理工作的电机，其特点是无需永磁体，具有低成本、高效率和高可靠性的优势。
SRM开关磁阻电机控制器通过控制电流的通断来实现对电机的转速和转矩的控制。
在电机工作时，控制器根据电机转子位置信息和用户设定的转速、转矩要求，通过电流开关器控制电流的通断。
当电流通断时，电机的转矩和转速将发生相应的变化，从而实现对电机的精确控制。
三、特点1. 高效率：SRM开关磁阻电机控制器采用先进的控制算法，能够实现高效的电机控制，提高能源利用效率。
2. 高可靠性：SRM开关磁阻电机控制器采用高品质的电子元件和稳定性强的控制系统，具有较高的可靠性和稳定性，能够在恶劣环境下正常工作。
3. 精确控制：SRM开关磁阻电机控制器能够根据用户的需求精确控制电机的转速和转矩，满足不同应用场景的要求。
4. 多功能：SRM开关磁阻电机控制器具有多种控制模式和保护功能，可适应不同工况和应用环境的需求。
四、使用注意事项1. 安全操作：在使用SRM开关磁阻电机控制器时，务必遵守相关安全操作规程，确保人身安全和设备正常运行。
2. 维护保养：定期对SRM开关磁阻电机控制器进行维护保养，清洁电气元件和散热器，确保设备的正常运行。
3. 防护措施：在安装SRM开关磁阻电机控制器时，应采取防护措施，避免水、尘等外界物质对设备的影响。
4. 温度控制：SRM开关磁阻电机控制器在工作过程中会产生一定的热量，应确保控制器周围的温度适宜，防止过热造成设备损坏。
5. 电源稳定：SRM开关磁阻电机控制器对电源的稳定性要求较高，应确保电源的稳定和可靠，避免电压波动对设备的影响。
总结：本文详细介绍了SRM开关磁阻电机控制器的工作原理、特点以及使用注意事项。
基于最优开通角的开关磁阻电机调速系统建模与仿真
基于最优开通角的开关磁阻电机调速系统建模与仿真张正苏【摘要】开关磁阻电机驱动系统（S RD ）是一种广泛应用于工业技术领域的新型电动机驱动系统，如何对其建立精确的非线性模型是其高性能得以实现的必要前提。
应用 Ansoft Maxwell有限元分析软件，经计算获得开关磁阻电机（SRM ）的静态电磁特性，在此基础之上，针对开关磁阻电机驱动系统（SRD）进行建模并通过Matlab软件平台进行仿真。
采取固定关断角、选取最优开通角的控制策略进行S RD系统仿真，针对不同设置模式下的仿真结果对比分析，为后续的S RD实验测试环节完成前期的必要准备。
%Switched reluctance motor speed control system is a new type of motor drive system applied to the field of industrial technology ,and a wide range ,accurate nonlinear model is very important for the high performance of SRD . In this paper , finite elementis used to analyze and calculate the static electromagnetic characteristicsof SRM .Based on this ,the nonlinear model of SRD is established and the simulation is realized by the use of Matlab software platform .Turn‐off angle is fixed and the opening angle is variable .Under the control strategy in this paper ,the simulation results of different mode are analyzed in detailed ,and the data of future SRD experimental test is predicted effectively ,which will have a certain reference value for theoretical research and practical application .【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P37-42)【关键词】SRM;电磁特性;建模仿真;开通角;关断角【作者】张正苏【作者单位】黑龙江工程学院电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】TM352开关磁阻电机（SRM）是20世纪80年代中期随着电力电子技术、微型计算机技术和现代控制理论的迅猛发展而发展起来的一种新型机电一体化产品，是调速领域的一个新分支。
开关磁阻电机
CREATE TOGETHER
DOCS
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
开关磁阻电机的工作原理
SRM的工作原理
• 电磁感应原理：转子绕组切割磁力线产生感应电动势 • 磁阻变化原理：定子凸极与转子凸极相对位置变化导致 磁阻变化 • 扭矩产生：磁阻变化产生电磁扭矩，驱动转子旋转
SRM的运转过程
• 启动阶段：电流通过定子绕组产生磁场，转子开始旋转 • 运行阶段：转子转速增加，磁阻变化减小，电流逐渐减 小 • 停止阶段：转子停止旋转，磁阻变化消失，电流降至零
应用领域的拓展
• 新能源汽车：提高电动汽车性能，降低能耗 • 家用电器：提高家用电器性能，降低能耗 • 工业自动化：提高生产效率，降低能耗
技术水平的提升
• 高性能电机的研究与应用：提高电机性能 • 新型控制策略的研究与应用：提高控制精度和响应速度 • 高性能驱动电路的研究与应用：提高驱动效率和可靠性
开关磁阻电机的技术发展趋势
高性能材料的应用
• 高磁能永磁材料：提高电机磁能密度 • 高强度绝缘材料：提高电机绝缘性能 • 高导热材料：提高电机散热性能
高性能电机设计
• 优化磁路设计：提高电机效率和扭矩 • 优化绕组设计：降低铜损，提高效率 • 优化轴承设计：提高电机运行稳定性
开关磁阻电机的研究热点与挑战
研究热点
• 新型控制策略：提高控制精度和响应速度 • 高性能驱动电路：提高驱动效率和可靠性 • 高性能材料的研究与应用：提高电机性能
挑战
• 高效率与高性能的平衡：提高电机效率，同时保持高性能 • 控制策略的优化：实现精确控制，提高系统性能 • 制造工艺的改进：提高电机制造工艺水平，降低成本
开关磁阻电机的未来展望
开关磁阻电机
开关磁阻电机开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor,SRM）是随着现代电力电子技术、控制技术及数字计算机技术的发展而出现的一种新型无级调速电机，是典型的机电一体化产品。
一、开关磁阻电机特征“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar1969年撰写的论文中，描述了开关磁阻电机的两个基本特征：1、开关性---电机必须工作在连续的开关模式，这也是为什么继各种新型功率半导体器件发展后开关磁阻电机才得以发展的主要原因。
2、磁阻性---定、转子具有可变磁阻回路。
二、开关磁阻电机的结构及工作原理开关磁阻电机的定子和转子都是凸极结构，即双凸极结构，转子、定子极数不相等，转子和定子铁芯由导磁良好的硅钢片压制而成，转子铁芯无绕组，定子凸极上有集中绕组。
与普通电机一样，转子、定子之间有很小的气隙，转子可以在定子内自由旋转，开关磁阻电机根据转子、定子极数不同可以有多种不同相数的结构，比如定子有6个极，转子有4个极，6/4结构三相开关磁阻电机，如图1所示。
图16/4结构三相开关磁阻电机图中，定子径向相对的两绕组串联成一相，比如AX相、BY相、CZ相，转子径向的凸极构成一组。
由于定子极数与转子极数不相等，所以定子极距和转子的极距不相等，当任意相定子凸极中心线与转子凸极中心线重合时，另外一组转子凸极中性线与定子其他相凸极中性线错开。
如图2所示6/4结构开关磁阻电机运转截面图，当A相接通电源产生磁通，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，此时由于A相绕组对应的定子凸极中性线与转子凸极中性线不重合，磁阻不是最小，磁场就会产生拉力，牵引最近的转子凸极转到磁阻最小的位置，如图2转子逆时针转动100、200，直到转子凸极转到300与A相绕组对应的定子凸极重合为止，此时磁阻最小。
图2开关磁阻电机工作原理示意图为了使转子继续转动，在转子凸极转到300之前就断开A相电源，在300时接通B相电源，此时，B 相绕组产生磁通，牵引最近转子凸极继续逆时针转动400、500，如图3所示。
开关磁阻电动机原理演示文稿
α 图5-26 不同 1 时相电流波形
(3)第三段 t2tt3(2 3)
在反向电压－Us的作 用 下 绕 组 磁 链 开 始 线
性 下 降，电 流 也 逐 渐 减小。
由于在这一区间仍是 L/，续0流电流仍产生电
动转矩，说明在这一阶段电机中的磁场储能有一 部分转化为有用的机械能从电机轴上输出，而另 一部分转化为电能回馈给了电容器。
i Ust
Lk
r
Lt
(5-1(9i)0)
式中
LKLmi n L(11)
这时的电流主要用于产生电磁转矩，因此这一段电流的大小直 接影响电动机的出力。
从5-19可以看出， 开关磁阻电机的 负载电流与许多 参数有关，其中 属于可控的因素 是导通角α1，不 同 α1的可能形成
不同的电流波形。 如图 5-26所示。
设：定子绕组为m相，定子齿数 Ns=2m，转子齿数为Nr。
当定子绕组换流通电一次时，转子转过一个转子齿
距。这样定子需切换通电 Nr次转子才转过一周，故电
机转速 n(r/min)与相绕组电压的开关频率 f之间的关系
为
f
n 60
Nr
(5-10)
f Nrn 60
(5-11)
给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率
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。
转速的计算
由于开关磁阻电机的转矩是靠定、转子的凸极效应产生，与绕组中 所通电流极性无关，因此每相绕组中通入的可以是单方向的电流(脉 冲)，无须交变。这样不但可使控制每相电流的功率开关元件数量减 少一半，而且可以避免一般电压型逆变器中最危险的上、下桥臂元 件直通的故障，不但显著降低控制装置的成本，而且大大提高了系 统的安全可靠性。
开关磁阻电机的原理及其控制系统
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。
开关磁阻电机的原理及其控制系统
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。
开关磁阻电机发展综述
二、新型开关磁阻电机的改进技 术
随着科技的发展，新型开关磁阻电机在传统的基础上进行了许多改进。以下 是一些主要的技术发展：
1、磁性材料优化
新型开关磁阻电机采用了高磁导率、低损耗的磁性材料，如钕铁硼等，提高 了电机的效率和功率密度。此外，通过对磁性材料的优化设计，可以更好地利用 磁场，提高电机的扭矩输出。
开关磁阻电机的原理和结构
开关磁阻电机是一种利用磁场和电场转换原理实现电能和机械能转换的电机。 其结构包括定子、转子和控制器三个部分。定子由硅钢片叠压而成，上面镶嵌有 集中绕组，形成磁场。转子为非磁性材料制成，上面安装有多个永磁体，用于产 生磁场。控制器通过调节电流的大小和方向，控制电机的转速和转向。
四、结论
新型开关磁阻电机在各个方面都有了显著的发展，无论是从材料、设计还是 控制算法上，都为未来的应用提供了强有力的支持。随着各种新技术和新材料的 出现，新型开关磁阻电机的发展前景将更加广阔。在未来，期待看到新型开关磁 阻电机在更多领域中的应用和创新。
感谢观看
开关磁阻电机发展综述
目录
01 开关磁阻电机的原理 和结构
03 参考内容
02
Hale Waihona Puke 开关磁阻电机的应用 领域和性能特点
开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）作为一种常见的 电机类型，具有较高的实用价值和理论研究价值。本次演示将搜集到的文献资料 进行归纳、整理及分析比较，逐一介绍开关磁阻电机的特点、研究现状及不足。
3、维护简单：由于结构简单，转子不需维护，因此维护成本较低。
4、可靠性高：由于没有复杂的控制系统和易损件，因此开关磁阻电机的可 靠性较高。
4、可靠性高：由于没有复杂的 控制系统和易损件，因此开关磁 阻电机的可靠性较高。
开关磁阻电机的基本了解
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。
浅探开关磁阻电机建模
浅探开关磁阻电机建模开关磁阻电机（SRM）的结构和工作原理比较简单，具有十分广泛的应用前景。
SRM模型对于电机的优化设计、动态性能和效率的评估以及实现对电机的高性能控制都有至关重要的影响。
但由于SRM定子、转子的双凸极结构、绕组电流的非正弦特性以及铁心磁通密度的深度饱和，使得SRM的精确数学模型很难建立起来。
对此，许多学者进行了大量而深入的研究，所用的建模方法也有多种，大体上包括函数解析法、有限元分析法、磁网络模型法、神经网络和模糊法等。
1 函数解析法该方法是用函数解析式来表达相电感或是磁链与电流和角度的关系。
在探索准确的函数解析式的过程中，大体上经历了线性模型、准线性模型和非线性模型三个阶段。
最早采用的是用线性化描述的曲线来定性地估算电机的各项性能，但是这种模型并不考虑电流变化对电感的影响，只能用来分析电机结构与性能之间的关系。
但该模型与实际情况相比仍有较大误差，不能满足较高控制性能的需要。
实际应用中便产生了近似考虑磁路饱和效应的准线性模型，即将实际的非线性曲线分段线性化，同时也不考虑相间的耦合。
推导出SRM在线性区和饱和区的转矩控制特性，该模型有一定的精度，但对电机电流与转矩的估值依然有相当大的误差。
要想更精确地分析各种性能，就必须要建立SRM的非线性模型。
袁晓玲给出经过改进后的相电感拟合曲线的余弦解析式，该式中不含指数项，也不考虑四次以上的谐波影响，总体精度较高且运算简单，但依然存在局部误差较大的缺陷。
文献[2]给出了一个考虑得非常全面的磁链解析式。
该式不仅考虑了相电流与转子位置的作用，还加入了电机几何与材料特性的影响，并在此基础上推导出电磁转矩的解析式。
这使得控制性能大大提高，但因为该模型的运算量很大，所以同时也对硬件提出了很高的要求。
为了得到具有较高工程精度又可以直接利用电机结构参数快速计算电机性能的模型，有的学者提出了用快速非线性法来建模。
徐国卿利用三个特殊位置的磁链/电流关系建立SRM磁化特性曲线。
开关磁阻发电机工作原理
开关磁阻发电机工作原理
开关磁阻发电机（SRM）的工作原理主要基于磁阻转矩原理和磁通量的开关控制。
当定子绕组通电时，会在定子齿上产生磁场，这个磁场与转子齿相互作用，吸引转子上的铁芯运动到磁场强度最强的位置。
随着转子位置的改变，定子绕组中的电流也会相应改变，从而在转子铁芯中产生连续的磁力作用，推动转子连续运动。
在转子转过一定角度后，功率开关会关断，此时绕组电感减小，电磁转矩的方向与转子转向相反。
由于原动机的驱动，转子会在机械能转换成电能的过程中从定子绕组输出电能。
磁阻电机SRM具有两大特征一是电...
第十四章特种电机14.1 永磁电机永磁电机就是采用磁钢(或永久磁铁)励磁的电机。
如果将直流电机的直流励磁绕组用永久磁铁代替，就成为永磁直流电机。
对于转子直流励磁的同步电动机，若采用永磁体取代其转子直流励磁绕组，则相应的同步电动机就成为永磁同步电动机。
本节就分析永磁电机的有关问题。
14.1.1 永磁同步电动机永磁同步电动机具有功率密度高、转子转动惯量小、电枢电感小、运行效率高以及转轴上无滑环和电刷等优点，因而广泛应用于中小功率范围内(≤100kW)的高性能运动控制领域，如工业机器人、数控机床等。
永磁同步电动机的种类繁多，按照转子永磁体结构的不同，一般可分为两大类：一类是表面永磁同步电动机；另一类是内置式永磁同步电动机。
按定子绕组感应电势波形不同，也可分为两种：定子绕组感应电势波形为正弦波的永磁同步电动机，就是通常所说的永磁同步电动机；定子绕组感应电势波形为梯形波永磁同步电动机，侧称为无刷永磁直流电动机。
无刷永磁直流电动机另外分析。
与一般同步电动机一样，正弦波的永磁同步电动机定子绕组通常采用三相对称的分布绕组，而转子则通过适当设计的永磁体形状确保转子永磁体所产生的磁密呈正弦分布。
这样，当电动机恒速运行时，定子三相绕组所感应的电势则为正弦波，正弦波永磁同步电动机由此而得名。
事实上，正弦波永磁同步电动机是一种典型的机电一体化电机。
它不仅包括电机本体，而且还涉及位置传感器、电力电子变流器以及驱动电路等。
图14—1为正弦波永磁同步电动机的基本组成框图。
图14—1 正弦波永磁同步电动机的基本组成框图图14—1中，正弦波永磁同步电动机的定子三相对称绕组由电力电子逆变器供电。
该逆变器所输出定子三相绕组电流的大小取决于负载，而频率则取决于转子的实际位置与转速。
转子转速越高，则逆变器的输出频率越高；转子转速越低，则逆变器的输出频率越低。
比较图11—26和图14—1可见，正弦波永磁同步电动机系统和无换向器电动机系统基本相同，其区别主要是永磁同步电动机的转子磁场是永久磁铁，无换向器电动机系统的转子磁场是直流励磁，即转子结构存在差异，定子绕组相同。
开关磁阻电机SRM的原理及建模
开关磁阻电机SRM的原理及建模1、SRM工作原理SRM的转矩是磁阻性质，其运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合。
当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，试图使相近的转子极旋转到其轴线对齐的位置，即磁阻最小位置。
SRM为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠加而成。
转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有几种绕组，径向相对的两个绕组可以串联或并联在一起，构成“一相”。
转动方向总是逆着磁场轴线的移动方向，改变SRM的定子绕组的通电顺序，即可改变电机的转动方向；而改变通电相电流的方向，并不影响转子转动的方向。
2、SRM控制方式（1）斩波控制：在SRM起动、低、中速运行时，电压不变，旋转电动势引起的压降小，电感上升期的时间长，而的值相当大，为避免电流脉冲峰值超过电流的允许值，采用滞环控制来限制电流。
如本文中的电流滞环控制模块的作用是实现电流斩波，两个输入分别为实际电流和参考电流，输出即作为SRM的输入信号，模块结构如图1-1所示。
当A 相主开关开始导通，相电流I从零开始上升，当I超过参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，即实际电流I大于电流上限值Imax，开始斩波；主开关器件关断，I下降，当I低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，即实际电流I小于电流下限值控制Imin，主开关器件重新导通，I便开始上升，如此主开关器件反复通断，直到转子转到关断角的位置时，主开关器件关断，I一直下降到零。
当转子转过一个周期后，这相电流斩波过程又开始重复。
一般斩波是在相电感变化区域内进行的，由于电机的平均电磁转矩与相电流I的平方成正比，因此通过设定相电流允许限值Imax和Imin，可使SRM工作在恒转矩区。
在一个周期内，由于相绕组电感不同，电流的变化率也不同，因此，斩波频率疏密不均。
在低电感区，斩波频率较高；高电感区，斩波频率下降。
其电流波形如图1-2所示。
（2）角度控制：直接调控主开关器件的导通角θon和关断角θoff，可以影响电机的励磁过程。
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真
本科毕业（设计）论文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.本文着重描述了开关磁阻电动机的非线性数学模型，并通过MATLAB仿真对调速系统进行了仿真，结果表明数学模型与仿真结果基本吻合。
关键词：开关磁阻电动机；调速系统；数学模型；MATLAB仿真开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真ABSTRACTSwitched Reluctance Motor Drive is a new adjustable-speed motor system.Its structure is 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, and the speed regulation system was studied through MATLAB,The results show that mathematical models and simulation basically consistent with the results.Key words: switched reluctance motor drive；Speed Control Systemmathematic model；MATLAB simulation本科毕业（设计）论文目录摘要 (I)ABSTRACT .......................................................... I I1.1开关磁阻电机调速系统的历史及发展现状 (1)1.2开关磁阻电机调速系统概述 (2)1.2.1开关磁阻电机的基本结构和原理 (2)1.2.2 SRD系统的组成 (5)1.2.3 SRD系统的特点和优点 (6)1.3开关磁阻电机调速系统的研究和发展方向 (7)1.4本设计要做的工作 (8)第二章 SR电机数学模型的建立 (9)2.1 SR电机的模型 (9)2.1.1建立模型常用的方法 (9)2.1.2 SR电机的方程 (10)2.2 SR电机系统的线性分析 (12)2.2.1电感与转子位置角的关系分析 (12)2.2.2基于线性模型的绕组电流分析 (14)2.3电磁转矩的分析 (18)2.4转速的控制 (18)2.5基于非线性电感特性的SR电机的数学模型 (19)2.5.1绕组非线性电感特性研究 (19)2.5.2 SR电机的非线性数学模型 (20)第三章 SRD系统的控制策略 (24)3.1开关磁阻电机主要的几种控制方式 (24)3.1.1角度位置控制 (24)3.1.2电流斩波控制 (25)3.1.3电压PWM控制 (26)3.2本系统控制方式的确定 (27)3.3 SR电动机起动过程分析 (28)开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真3.3.1单相起动方式 (28)3.3.2双相起动方式 (29)3.4 SR电动机运行噪声分析 (30)第4章开关磁阻电机调速系统MATLAB/SIMULINK仿真 (32)4.1仿真软件MATLAB简介 (32)4.2 SRD调速控制策略的研究 (34)4.2.1 SR电机的运行特性 (34)4.2.2控制策略 (35)4.3 SRD的仿真研究 (37)4.3.1逆变器模型 (37)4.3.2 SR电机模型 (37)4.3.3 SRD系统模型 (38)4.3.4 电流控制器模型 (39)4.3.5角度控制模型 (40)4.3.6仿真结果与分析 (41)结束语 (44)致谢 (45)参考文献 (46)本科毕业（设计）论文第1章绪论开关磁阻电机调速系统简称SRD(Switched Reluctance Motor Drive)系统，它是继变频调速、无换向器电动机调速系统之后，于80年代中期发展起来的新型交流调速系统。
SRM原理演示
开关磁阻电动机原理开关磁阻电动机（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磁极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，其结构见下图。
磁阻电机定子铁芯磁阻电机的转子铁芯有四个磁极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，其结构见下图。
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磁极，这种形式也称为双凸极结构。
在定子磁极上绕有线圈（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，利用磁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，定子六个磁极上绕有线圈，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磁极通过转子铁芯，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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开关磁阻电机SRM的原理及建模
1、SRM工作原理
SRM的转矩是磁阻性质，其运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合。
当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，试图使相近的转子极旋转到其轴线对齐的位置，即磁阻最小位置。
SRM为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠加而成。
转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有几种绕组，径向相对的两个绕组可以串联或并联在一起，构成“一相”。
转动方向总是逆着磁场轴线的移动方向，改变SRM的定子绕组的通电顺序，即可改变电机的转动方向；而改变通电相电流的方向，并不影响转子转动的方向。
2、SRM控制方式
（1）斩波控制：
在SRM起动、低、中速运行时，电压不变，旋转电动势引起的压降小，电感上升期的时间长，而的值相当大，为避免电流脉冲峰值超过电流的允许值，采用滞环控制来限制电流。
如本文中的电流滞环控制模块的作用是实现电流斩波，两个输入分别为实际电流和参考电流，输出即作为SRM的输入信号，模块结构如图1-1所示。
当A 相主开关开始导通，相电流I从零开始上升，当I超过参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，即实际电流I大于电流上限值Imax，开始斩波；主开关器件关断，I下降，当I低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，即实际电流I小于电流下限值控制Imin，主开关器件重新导通，I便开始上升，如此主开关器件反复通断，直到转子转到关断角的位置时，主开关器件关断，I一直下降到零。
当转子转过一个周期后，这相电流斩波过程又开始重复。
一般斩波是在相电感变化区域内进行的，由于电机的平均电磁转矩与相电流I的平方成正比，因此通过设定相电流允许限值Imax和Imin，可使SRM工作在恒转矩区。
在一个周期内，由于相绕组电感不同，电流的变化率也不同，因此，斩波频率疏密不均。
在低电感区，斩波频率较高；高电感区，斩波频率下降。
其电流波形如图1-2所示。
（2）角度控制：
直接调控主开关器件的导通角θon和关断角θoff，可以影响电机的励磁过程。
通常导通角只能在电感不变和电感增大的区域，关断角只能在电感上升区域或电感最大区域，不能在电感下降区域。
θon提前或θoff推后都增加励磁时间，增励
磁电流。
但值得注意的是，对于SR发电机，θoff推后比θon提前对电流的影响大，这一点与SR电动机有所不同。
（3）电压控制：
将导通角和关断角固定在优化值上，用PWM信号对功率变换器中主开关的触发信号，调整PWM信号的占空比来调节平均励磁电压，从而调控励磁电流，占空比增大，励磁电流增大。
PWM控制需要较高的开关频率，增加了开关损耗及电机损耗，所以系统效率略微降低。
对于双开关型功率变换器主电路，可以采用双管同时调制，也可单管调制。
单管调制比多管调制有利，可以减小电流脉动，有利于降低振动噪声；可以减小功率开关的动态损耗，提高运行效率。
3、三相6/4 SRM建模。