开关磁阻调速电机系统概述
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。
开关磁阻电机原理和应用
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。
假设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，需要参加更加复杂的算法。
开关磁阻电动机工作原理及其调速系统概述
科技广场2010.50引言开关磁阻电动机（Sw i t ched R el unct ance M ot or ）是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术而迅猛发展起来的一种新型电机驱动系统，具有结构简单、启动及低速时转矩大、电流小，高速时恒功率区范围宽，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，应用潜力巨大，已经引起各国学者和企业界的广泛关注。
1开关磁阻电动机工作原理开关磁阻电动机（以下简称SR 电动机）的转矩具有磁阻性质，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，因磁场扭曲而产生切向磁拉力。
电机为了增加出力而设计成双凸极结构，转子仅由硅钢片叠压而成，既无绕组也无永磁体。
定子各极上有集中绕组，径向相对极的绕组串联，构成一相，图一中，D -D '即为一相。
当定子D -D '极励磁时，所产生的磁力则力图使转子旋转到转子极轴线1-1'与定子极轴线D -D '重合位置，并使D 相励磁绕组的电感最大。
若以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给D —A —B —C 通电，转子则会沿逆时针方向连续旋转。
反之，若依次给B —A —D —C 相通电，会沿顺时针方向转动。
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。
开关磁阻电动机工作原理及其调速系统概述Principleand Drive System of Switched Reluctance Motor孙珊Sun Shan（天津工业大学，天津100360）(Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 100360)摘要：本文首先介绍了开关磁阻电动机的工作原理及常用控制方式，有电流斩波、脉宽调制方式和角度位置控制方式，其次介绍了开关磁阻电动机调速系统的基本组成，其中对功率变换器、位置检测器、电流检测器、控制器的作用进行了简单的阐述，最后介绍了开关磁阻电动机调速系统的应用。
开关磁阻电机控制系统
开关磁阻电机控制系统摘要:开关磁阻电机(SRM)是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。
它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高,可以进一步提升系统的安全稳定性。
关键词：驱动系统；电动机；开关磁阻电机1引言开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志。
与反应式步进电机相似,SR电机系双凸极源可变磁阻电动机,其定,转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成,且定,转子极数不同。
定子上装有简单的集中绕组,转子只由叠片构成,没有绕组和永磁体。
功率变换器向SR 电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到知的直流电供电。
控制器是系统的中枢。
它综合处理速度指令,速度反馈信号及电流传感器,位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中道主开关器件的工作状态。
2电动机的种类区分如今最常使用的电动机分别有一下四类（1）直流电动机直流电动机的成本低廉、电路简单、易于实现平滑调速，同时有着良好的四象限运行能力，满足用于电动汽车的部分需求。
然而传统直流电机存在机械换向器和电刷，运行中会产生电火花和电磁辐射，从而干扰到车辆的电子控制系统，不利于车联网体系的建立。
除此之外，机械换向器有着极为复杂的结构，难以简单制造且使车速到达高速。
（2）交流感应电机交流感应电机一般采用六用鼠笼型的结构，对比与其他电机，三相鼠笼型电动机成本较低，运行效率高，拥有良好的可靠性的同时便于维修的优点，而且体积小。
通过一定的控制策略，，交流感应电机也可以实现类似于直流电机的良好调速特性。
但与此同时，交流感应电机用电量大，在使用过程中发热严重，调速性能不佳，控制系统复杂且需要一定的成本。
（3）无刷永磁电机永磁电机是一种高性能新兴电机。
永磁无刷直流电机结构中不含换向器和电刷，这样一来永磁电机一方面继承了直流电机优秀的调速性能又避免了机械换向器和电刷带来的负面影响。
相较于此前介绍的几种电机，永磁电机有更高的功率和转矩，极限转速高、制动性能好。
开关磁阻电动机调速系统课件
系统的可靠性将会得到进一步提升，通过采用高可靠性设 计、选用高可靠性元器件等手段，确保系统在复杂环境下 的稳定运行。
多功能集成
开关磁阻电动机调速系统将会实现更多的功能集成，例如 集成了驱动、制动、能量回收等功能，提高了系统的综合 性能和效率。
开关磁阻电动机调速系统的市场前景
市场需求持续增长
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开关磁阻电动机调速系统的特点
开关磁阻电动机调速系统具有结构简单、成本低、可靠性高、维护方便等优点。
此外，开关磁阻电动机调速系统还具有宽广的调速范围、优良的启动性能、易于实 现再生制动等优点。
但是，开关磁阻电动机调速系统也存在一些缺点，如转矩波动大、噪声大等问题， 需要进一步改进和完善。
02
开关磁阻电动机调速系统的工作原理
开关磁阻电动机调速系统的控制方式
开关磁阻电动机调速系统的控制 方式主要有两种：角度位置控制 （APC）和电流斩波控制（CCC
）。
角度位置控制是通过控制开关的 开通角和关断角来控制定子与转 子间磁场的角度位置，从而控制
电动机的转速。
电流斩波控制是通过控制电流波 形的斩波宽度来控制电动机的电 流和转矩，从而控制电动机的转
，提高系统的运行效率和可靠性。
03
绿色环保
随着环保意识的提高，开关磁阻电动机调速系统的设计将更加注重节能
减排、环保等方面的考虑，例如采用高效电机、降低噪音等措施，实现
系统的绿色化发展。
开关磁阻电动机调速系统的未来发展方向
宽调速范围
开关磁阻电动机调速系统的调速范围将会更加宽广，能够 满足不同领域的需求，例如高速列车、航汽车 领域中应用于车辆的空调系统、 座椅调节系统、车窗升降系统等 ，以及电动汽车的电池管理系统
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 =2kmN = 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。
开关磁阻电机的发展及其在煤炭行业中的应用
制动特性
输入220V 输入380V
输入220v--P=15 输入380v--P=10
1200 1000 800 600 400 200
T(ms)
0
0
50
100
150
200
250
300
T(ms)
图示说明：电机带10倍于转子惯量的惯量负载 电源电压变化基本不不影响响应时间。
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二、SRD在煤矿领域的应用优势
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二、SRD在煤矿领域的应用优势
1、工作可靠性高
功率开关（IGBT）工作பைடு நூலகம்率低， 有利于降低控制器和电机的温升， 有利于降低电磁干扰（EMI）。
SRD:400 Hz 变频:4000 Hz
1000 转/分 时IGBT的工作波形
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二、SRD在煤矿领域的应用优势
2、超强的起动能力和快速响应能力
SRD在起动状态下： 起动转矩大、起动电流小。 30%额定电流对应150%额定转矩。
电源电压：380V/660V； 功率范围：18.5KW-60KW； 四象限运行，回馈能力100% 特点： ●组合式结构，工作可靠性高 z单元体积小重量轻，易使用 z故障判断清楚，减少查找时间 z备件更换方便快捷，不易出错
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三、煤矿机械专用SRD产品介绍
2、提升机械用SRD
电源电压：380V/660V； 功率范围：30KW-200KW； 特点： 起动平稳，电流小； 可四象限运行，下放牵引时不失速； 电机具有位置反馈信号，可以牵引定位； 对电网和周围环境的电磁干扰小；
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四、 SRD在煤矿应用的新发展
3、大功率组合式SRD
大功率组合式SRD的电机和控制器原理图
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章涛毕业设计
开关磁阻电机调速系统设计摘要开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctnce Drive，简称SRD）是由开关磁阻电动机、电力电子开关电路及驱动控制部分组成的高性能调速系统。
开关磁阻电机具有结构简单坚固、成本低、容错能力强、调速范围宽、低速转矩大、起动电流小、转速精度高、耐高温、可频繁起动制动等优点，又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性能。
因此，开关磁阻电机在驱动调速领域得到了广泛的应用。
本文首先介绍了课题研究背景和意义。
给出了开关磁阻电机控制系统的组成、运行原理和控制方式。
给出了开关磁阻电机的控制策略。
在Matlab/Simulink 交互式仿真集成环境下，对开关磁阻控制系统进行了建模、仿真及分析。
接着，给出了开关磁阻控制系统的硬件、软件设计方案。
主要包括：DSP TMS320LF2407最小系统、位置检测电路、电流检测电路、键盘和显示电路、上位机通信接口及电源系统、系统主程序、各模块初始化子程序、各功能子程序和各中断服务子程序等。
最后，以三相6/4 结构小功率开关磁阻电机作为执行元件，给出了仿真结果。
关键词：开关磁阻电机；TMS320LF2407；位置检测；电流检测Switch the resistance of electrical machinery velocitymodulation system designABSTRACTSwitched Reluctance Drive system is a high performance system, which is composed of Switched Reluctance Motor, Power electronic switching circuit and controller. Switched Reluctance Motor has not only low cost , strong structure, good fault-tolerant，wide range speed modulation , low starting current, high speed accuracy, high temperature, and it can be started or stopped frequently, but also excellent controllability based on the electric and mircrocomputer . Thus, Switched Reluctance Motor is widely used in drive and speed adjustment field.Firstly, the background and significance of the project were given. The structure of the position control system of SRM was given.The operational principle and control modes of SRM were discussed. The output torque could be indirectly controlled by the rotor angular acceleration closed-loop control of SRM. The position control strategy was also presented .In the Matlab/Simulink interactive simulation integrated environment, module construction, simulation and analysis of control system of SRM were given. And then, the hardware and software of control system of SRM were designed. The design of hardware mainly includes the least system of DSP TMS320LF2407, the position detection circuit,the current detection circuit,the keyboard and display circuit，the communication interface of upper computer and the power system.Thedesign of software mainly includes the main procedure, the modules initialization subroutines, the subroutines and the interrupt service subroutines. Finally, the experiment system was established with a three–phase 6/4 structure lowpower SRM prototype as action element.The simulation results were given.Keywords: switched reluctance；DSP；TMS320LF2407；control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 开关磁阻电机调速系统的研究历史和发展方向 (1)1.2.1 开关磁阻电机调速系统的发展概况 (1)1.3 开关磁阻电机调速系统的概述 (2)1.3.1 SRD的基本结构 (2)1.3.2 SR的特点 (3)1.3.3 SRD的应用 (4)1.4本课题的主要任务 (4)2 开关磁阻电机的原理 (5)2.1 开关磁阻电机的基本结构及工作原理 (5)2.1.1SR电机的基本结构 (5)2.1.2 开关磁阻电机的工作原理 (5)2.2 开关磁阻电机的数学模型 (5)2.2.1绕组电感分段线性解析式 (6)2.2.2 SRM的相电压方程 (6)2.2.3 磁链方程 (7)2.2.4 绕组电流的分析 (7)2.2.5 转矩转速的控制 (8)2.3 SR电机基本控制方式 (8)3 系统主电路 (12)3.1 系统整体框架 (12)3.2 SRM功率变换器 (12)3.2.1主回路方案 (13)3.2.2 IGBT主开关管参数计算 (14)3.3 IGBT驱动电路 (15)3.4 电流检测装置 (15)3.5 位置检测 (16)4 开关磁阻电机调速系统的设计 (17)4.1 开关磁阻电机调速系统的硬件设计 (17)4.1.1 SRD硬件系统结构概述 (17)4.2 基于DSP的SRD控制器 (17)4.2.1 基于DSP的SRD系统硬件介绍 (17)4.2.2 控制策略 (18)4.3 软件设计 (19)4.3.1主程序的设计 (20)4.3.2 功能子程序设计 (20)4.3.3 子程序显示 (20)4.3.4中断子程序设计 (21)5 开关磁阻调速电动机系统仿真研究 (23)5.1 SRM的控制方案 (23)5.1.1 电流斩波控制 (23)5.1.2 角度位置控制 (23)5.1.3 电压PWM控制 (23)5.2 电压PWM控制方案下SRD仿真模型的建立 (23)5.3 仿真模型与分析 (24)5.4 仿真结果 (26)6 结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录A 外文翻译—原文部分 (34)附录B 外文翻译—译文部分 (41)江西理工大学应用科学学院毕业设计1 绪论1.1 前言21世纪，世界的能源问题越来越严重。
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。
开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统（简称SRD系统）是一种新型的无级交流调速系统，它兼有交直流调速系统的优点，①电机结构简单坚固，免维护，调速方便，性能可靠，可以频繁起制动、正反转，电机不怕热。
②电机起动转矩为额定转矩的150%，而起动电流仅为额定电流的30%。
③电机空载电流仅为额定电流的1%。
④电机特有断电制动功能，避免床面冲出工作台。
诸多的优点使其在多种调速方案中脱颖而出，在诸如龙门刨床频繁正反转起制动的机械上应用，效果尤为突出。
2005年10月，国家发改委、科技部、国家环保总局联合发布节能指导文件，已把开关磁阻电动机调速系统作为节能产品进行推广，在市场上已经得到认可，其节能降噪，提高可靠性等优点已经得到广大改造用户的赞扬和肯定。
开关磁阻调速电动机系统开关磁阻电机系统是一种机电一体化节能型调速电机系统。
开关磁阻电机的原理遵循“磁阻最小的原理”磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因而磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩，开关磁阻电机系统是由开关磁阻电动机、功率变换器及控制器组成。
同传统的直流及交流电机调速系统比较，具有以下优点：电机结构简单、坚固、制造成本低；效率高，不仅在额定输出状态下，而且在宽广的调速范围内也能保持高效率运行；一般系统效率达80%以上；启动转矩大、启动电流小；制动性能好，能实现再生制动，节约电能效果显著；系统调控性能好，可实现四象限控制灵活控制；维护方便，具有无刷结构，适合于在高粉尘、高速、易燃易爆等恶劣环境下运行；可以在各行各业应用。
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。
开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统电动机作为一种量大面广的机电产品，是最主要的电能消耗设备，在我国，仅中小型电动机所消耗电能就占全国发电量的60%以上。
在各类电动机中，需要调速运行或可采用调速运行的近三分之一。
这些电动机采用调速节电技术后，平均节电率可达20%，每年能够为国家节约用电数百亿度，具有巨大的经济与社会效益。
开关型磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Driver，简称SRD）是以现代电力电子与微机控制技术为基础的机电一体化产品。
它由开关型磁阻电动机（简称SR电动机）与微机智能控制器两部分组成，其突出特点是效率高、节能效果好，调速范围广，无起动冲击电流，起动转矩大，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（如变频调速系统）外，SRD还十分适用于运输车辆驱动、龙门刨床、提升机械等需要重载起动，频繁起动、正反转，长期低速运行等特殊应用场合。
SRD是当代电气传动领域的热门课题。
国外已有正式的产品，我国已从理论研究迈步到工业应用阶段。
目前，SRD技术正处于产业化突破的关键时期，谁开发出了成熟的工业化产品，谁就抢得了市场先机，必将能够获得丰厚的利润回报。
2001年，山东科汇电气股份有限公司与淄博牵引电机（集团）股份有限公司合作，发挥两个单位分别在电力电子技术与电机技术开发方面的优势，加快SRD产品开发进度。
SRD课题组与北京交通大学、山东理工大学合作，攻克了数个技术难关，已推出1.1kW～132kW 具有自主知识产权的系列产品，鉴定为世界先进产品，具备了批量生产条件。
SRD技术特点（1）效率高，节能效果好。
在所有的调速和功率范围内，SRD整体效率比交流异步电动机变频调速系统（简称变频调速）至少高3%以上，在低速工作的状态下其效率能够提高10%以上。
与直流调速、串级调速、电磁调速等系统相比，SRD节电效果更明显。
（2）起动转矩大，特别适合于那些需要重载起动和负载变化明显并且频繁的场合。
开关磁阻电机发展概况及市场趋势
开关磁阻电机发展概况及市场趋势
逻辑清晰
开关磁阻电机是一种利用磁阻效应实现可控调节功能的智能电机。
它
与普通异步电机类似，但是将磁阻片及其相关控制装置结合在一起，以实
现可控调节输出的特性。
开关磁阻电机控制系统通过控制电路将电流调节
到磁阻片上，改变电磁铁的磁性能，从而实现调速和控制速度的目的。
开关磁阻电机具有体积小巧、控制精确、功耗低、噪音小、可靠性高
等特点，广泛应用于家用电器、小型动力机械、汽车空调调速器、卫生洁具、新能源产品、印刷机械、重工业及模具机械等领域。
近年来，节能驱动、数字技术和智能技术等新技术的不断发展，使开关磁阻电机发展起来，在家用电器、汽车空调等领域的应用越来越多。
近年来，开关磁阻电机行业发展迅速，有了更为显著的成绩。
从电机
器件材料上看，电机使用了新的材料，有了更新颖的外观设计，同时也有
更好的性能特点，以改善电机性能，降低电机磁通损失。
在电机控制电路部分，现在使用大功率皮托管，可以更加精确和可靠
的控制电机输出，降低电机热损失，提高电机效率。
开关磁阻电机行业概述
开关磁阻电机行业概述一、开关磁阻电机及其应用近年来，一种新型电机----开关磁阻电机（SRD）逐渐走进了市场，该电机有着有别于其他电机的优势和特点，因此逐渐成为市场未来发展的主要方向，目前已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域。
1、电动车应用开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车，这也是开关磁阻电机最主要的应用领域。
目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制，这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，相比目前主要使用的两种电机具有其独特的优势，是电动车辆中极具有潜力的机种。
2、纺织工业应用近十多年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。
棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品无梭织机的主传动技术也有了新的突破：采用开关磁阻电机作为无梭织机的主传动，相比于使用其他电机系统，开关磁阻电机系统带来许多好处，减少传动齿轮、不用皮带和皮带盘，不用电磁离合器和刹车盘，不用寻纬电机，节能10%等优点，国内已有开关磁阻电机和驱动器的产品（北京中纺锐力机电有限公司），目前还在与无梭织机主机厂合作，共同开发应用技术，希望能尽快取得成功，填补国内空白。
3、焦炭工业应用相比于其他电机，开关磁阻电机起动力矩大、起动电流小，可以频繁重载起动，无需其它的电源变压器，节能，维护简单，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。
90年代英国已研制成功300kW的开关磁阻电机，用于刮板输送机，效果很好。
我国已研制成功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车、132kW的开关磁阻电机用于带式输送机拖动，良好的起动和调速性能受到工人们的欢迎。
我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能良好。
5.4 开关磁阻电动机控制技术
5.4.2 开关磁阻电机的控制方式
开关磁阻电动机控制系统的可控参数主要 有开通角、关断角、相电流幅值以及相绕组端电 压；对这些参数进行单独控制或组合控制就能得 到不同的控制方法，常用的控制方法有角度控制 （APC）、电流斩波控制（CCC）和电压控制 （VC）三种。
5.4.2 开关磁阻电机的控制方式
5.4 开关磁阻电动机 控制技术
开关磁阻电动机调速系统SRD（Switched Reluctance Drive）是继变频调速系统、无换 向器电动机调速系统之后发展起来的最新一代 交流无级调速系统。它具有结构简单、坚固、 成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高等 诸多优点，由其构成的传动系统具有交、直流 传动系统所没有的优点。
APC方式
T C
T C
T2 C
O
n1
n2
5.4.3 开关磁阻电动机的机械特性
在恒转矩区，由于转速较低，电动机的感应电动势较小，因此 需要对电流进行斩波限幅，采用电流斩波控制（CCC）方式，或采 用相电压脉宽调制。
在恒功率区，由于相感应电动势较大，相电流赋值受限，可以 通过调节恒功率区开关器件的触发角和关断角得到恒功率特性，采 用角度位置控制（APC）方式。
5.4.1 控制系统的结构组成
VT1
VT3
VT5
VD1
US
+
A
CS
VD3 B
VD5 C
VT2 VD2
VT4 VD4
VD6 VT6
5.4.1 控制系统的结构组成
该电路利用两个功率器件（如A相为VT1和 VT2）和两个续流二极管（A相VD1和VD2）分 别控制相电流，并实现能量回馈功能。由于这种 电路的拓扑结构每相需要两个功率器件，因此该 变换器的成本相对高于一个功率器件的变换器， 但是可以单独控制每相绕组，而且不受其他相绕 组状态的影响。因此可以采用相重叠，使转矩增 加，并且恒功率调速范围变宽。
开关磁阻电机调速系统
电流波形如图 ３所示 。
４．２ 电压 斩 波 控 制
电压斩波控制方 式的原 理 比较 简单 ，即用 速度给
定值与实际速 度的差值调 节外加 电压 Ｕｓ在导通 相绕
组上的有效时 间宽度改变其 有效值 ，从 而可 以改 变输
出转矩的大小 ，通常称为电压 ＰＷＭ控制。采用 这种控
制策略时，功率变换 器主开关 的开通角和关断角 固定 ，
图 ３ ＣＣＣ控 制 相 电流 波 形
通过给定 ＰＷＭ信号的 占空 比 Ｄ调节 电机 各相绕组平 均供 电 电压 。 电 压 ＰＷＭ 控 制 方 式 相 电 流 波 形 如 图 ４ 所示 ：
图 ４ 电压 ＰＷＭ 控 制 相 电流 波 形
４．３ 角 度 位 置控 制
该方 式在 电机 高 速 运 行 时 采 用 ＳＲＭ 系 统 主 开 关
＊收 稿 日期 ：２Ｏ０８—０１—１８ 作者简介：吴艳丽 ，女 ，３６岁 。现任兖矿集团杨村煤矿机 修厂技术
主管 ，常年从事于机电设备 的研发 、修理 等工作 。
４．１ 电流 斩波 控 制
方法适用 于 ＳＲＭ运行在基速 以下的情况 ，ＳＲＭ系
统 主开关器件导通 时 ，磁链和 电流的表达式分别 如下：
器件 导通 时 ，磁链 和 电流 的表 达 式 分 别 如 下 ：
（ ）： Ｕ，（２０ｏｆ—ｏｏ ）＝ ）
（４）
由上 式 可知 ，在 日０ｎ和 不 变 的 情 况 下 ，绕 组 电 流
图 ６ 控 制器 硬 件框 图 ＤＳＰ采用 ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７，完成的主要功能如下 ： （１）判断转子位置信息 ，通过 ＣＰＬＤ进行逻辑综合 对 电机 的 每一 相 进 行 实 时 通 断 控 制 。 （２）过流信 号 和电流传 感器实 时检测 欠压 、过压
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（ 山煤 电 （ 团 ） 司 机 电 总厂 ， 西 集 公 山西 太 原 ００５ ） ３０ ３
摘
要
开 关磁 阻调速 电动机 系统是 ２ 纪 ８ 代 初 随 着 电 力 电子 、 电脑 和 自动控 制技 术 ０世 ０年 微
的迅 猛发展 而研 发 的 一种新 型调 速驱 动 系统 ， 它兼 具 交 直流 调速 的优 点 ， 继 变频 调 速 系统 、 刷 直 是 无
流 电动机 调速 系统 而 出现 的新 一代 的无极 调速 系统 。论 述 了开 关磁 阻调速 电动机 系统 的组成及 工作 原理 ， 分析 了其与 以往 调速 方式 相 比较 的优 缺 点及 Ｓ Ｄ产 品 的新 发展 。 Ｒ
关键 词 开 关磁 阻 电机 ； 关磁 阻控 制 器 ； 关磁 阻调 速 电动机 开 开
用 ， 圈嵌放 容易 ， 作 方 便 ， 部 短 而牢 固 ， 严 谨 线 制 端 其 的设 计结 构使 得工 作 可 靠 ， 能适 用 于各 种 恶 劣 、 高温 甚 至强振 动 的环境 。 ２ ）控制 器 的工作 原理简 单 ， 电路设 计 思路 宽 ， 后 续 改进 幅度 大 ， 易实 现 智 能 化 与集 成 化 ； 转 矩 方 较 其 向与 电流流 向无关 ， 而可最 大 限度地 简化 功率 变换 从 装置 ， 降低 系统 的制造 成本 。 ３ ）由控 制器 根 据 起 动 与运 行 的不 同 ， 以预 定 可 控 制起 动极 导通 时 问 ， 协调 各 极 通 电 时差 ， 以 可 以 所 使 电机起 动 转矩增 大 ， 相对其 他起 动方 式起 动 电流缩 小 ，０ 额 定 电 流对 应 １０ 额 定 转矩 ， 用 于 频 繁 ３％ ５％ 适 起 制 动 和正反 转 ， 特别 适 合 重 载起 动 、 频繁 起 动 的机
的速度及 电机各极 的电流等 ， 然后根据控制 目标综合 这些信息输 出控 制指令 ， 实现运行 控制及保 护等功 能。转子的位置检测环节是 Ｓ Ｄ的重要部分 ， Ｒ 检测
收 稿 日期 ：０ １ ４—１ ２ １ —０ ２
１ ）电机结构简单坚固， 因转子无绕组 ， 以制造 所 工艺简单 ， 成本低廉 ， 可工作于极高转速； 定子坚固耐
平， 整个系统 的综合性能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。
１ Ｓ Ｄ结构Biblioteka 及 工作 原理 Ｒ图 １ Ｓ Ｄ 电 机 系 统 的 结 构 与 工 作 原 理 示 意 图 Ｒ
具体情形则 比图 １ 要复杂， 其极对数为 ４组 ， 且 电源为三相电， 由控制器根据转子的具体位置发出信
代初随着电力电子、 微电脑和 自 动控制技术的迅猛发 展而研发的一种新型调速驱动系统 ， 它兼具交直流调 速的优点 ， 是继变频调速系统 、 无刷直流电动机调速 系统而 出现的新一代的无极调速 系统 。它的结构
简单 ， 型产 品 坚 固耐 用 ， 速 范 围宽 ， 能 优 异 ， 定 调 性 且
用， 但真 正意 义上 的普及 推广 是在 ４ ０年 以后 ， 原 因 其
号 ， 制 四组 大功 率 开关 器 件依 次 打 开 （ 控 电机端 部 内
开关 磁 阻 电动机 调 速 系 统 （ Ｒ 是 较 为 复杂 的 Ｓ Ｄ） 机 电一 体化装 置 ， 要 是 由开关 磁 阻 电动 机 、 主 功率 变 换组 件 、 控制 器 与位 置检 测传感 器 四部 分组 成 。控制 器包 括 控制 电路 与功 率变 换组 件 ， 而检测 转 子相 位 的 位 置检测 传 感器 则 安装 在 电机 一 端 。Ｓ Ｄ 的运 行 需 Ｒ 要在 线 实时监 测 ， 跟 踪 的 数 据有 转 子 的位 置 、 轴 所 转
中 图分 类 号 ： Ｄ １ 文 献标 识码 ： 文章 编号 ：６ ２— ６ ２ ２ １ ） 刊 一 ０ ７— ３ Ｔ ６４ Ａ １７ ０ ５ （０ １ 增 ０ ６ ０
开 关磁 阻 电机 调 速 系 统 （ Ｒ 是 ２ Ｓ Ｄ） ０世 纪 ８ ０年
到 的转 子相位 信 号是 各 相 主 令 开关 器 件 正 确进 行 逻
辑切换的依据 ， 也为速度控制提供速度反馈信号 。
Ｓ Ｄ电机 系统 的结 构与 工作 原理示 意 图 ， 图 １ Ｒ 见 。
控制 开关
在整个调速范围内具有较 高的效率 ， 电能利用率高 ，
损耗 小 ， 系统 可 靠 性 高 。 目前 ， 关 磁 阻 电 机 已广 泛 开 应 用于 工业 、 空业 和家 用 电器等 各个 领域 Ｊ 航 。 Ｓ Ｄ 系 统 在 很 多 性 能 指 标 上 达 到 了 很 高 的 水 Ｒ
作者简介 ： 李
纲（ ９ ｌ ） ， １８ 一 男 山西临汾人 ， ０ ２ ８年毕业 于太原科技大学 ， ０ 助理工程师 ， 主要从事 电气安装工作
（ Ｅ—ｍａ ） ｕ ｏ ｇ ｚ＠ｙ ｈ ｏ ｔ ｍ． １ ｉ ｍ ｒｎ ｆ ｉ ａ ｏ ． ｏ １ ｌ ｕ ２ １
山 西 焦 煤 科 技
２ １ 年增刊 ０１
的相位传感器及码盘将 电机转子相对定子的位置传
至控 制器 ， 由此 决 定 触 发 哪 组 开 关 ） 则 定 子 的相 应 ，
电极 通 电 ， 生磁 力 吸引转 子转 动 。 产 ２ 优 点
开关 磁 阻电机 的四象 限运行 ， 具有 电动 与制 动储 能运 行状 态 ， 之 为 再 生 能 力 ， 以 系统 效 率 较 高 。 称 所 理论 研究 证 明 ， 调速 系统具 有诸 多优 点 ： 该
增 刊 ２ １ ７月 ０ １年
・
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ａ ｘ ｏ ｉ ｇ Ｃ ａ ｃ ｅ ｃ ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｈ ｎ ｉＣ ｋｎ ｏ ｌ ｉｎ ｅ Ｓ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｓ ｐ ｌｍｅ ｔ ｕ ｐ ｅ ｎ
Ｊ １２ １ ｕ．０ １
专题综述 ・
开关 磁 阻 调速 电机 系统 概 述