开关磁阻电机
开关磁阻电机的特点
开关磁阻电机的特点1.极高的功率密度：开关磁阻电机由于使用了细小的电磁线圈，可以在相对较小的体积内产生极高的输出功率。
这使得它成为在有限空间内需要高功率输出的应用中的理想选择，如汽车动力传动系统。
2.高效率：开关磁阻电机由于没有永磁体或励磁线圈，消除了传统电机中额外的能量损耗，因此具有较高的能量转换效率。
与传统的交流电机和直流电机相比，开关磁阻电机更加能够将输入的电能转换为机械能，减少了能量损耗。
3.简单的结构：开关磁阻电机由于没有复杂的磁路结构和励磁线圈，其结构非常简单。
这使得它易于制造、组装和维护，降低了制造成本。
4.较高的可靠性：开关磁阻电机的电磁绕组没有连续的电流流过，因此绕组的热量产生和温度升高较小。
这降低了电机因绕组过热而损坏的风险。
此外，开关磁阻电机结构简单，减少了故障和损坏的可能性。
5.良好的动态响应：开关磁阻电机的运行速度和转矩可以被快速地控制和调节。
由于电流的瞬时反向和转换较快的速度，开关磁阻电机具有更好的动态响应特性，因此适用于需要快速启动和停止、变速和定位控制的应用。
6.可逆性：开关磁阻电机具有可逆性，可以在正向和反向运行。
这使得它在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷帘门、交通信号灯等。
7.无需永磁体：与传统的永磁电机相比，开关磁阻电机不需要使用昂贵的稀土永磁体。
这降低了电机的制造成本，并减少了对稀土资源的依赖。
8.低噪音和振动：开关磁阻电机由于没有永磁体和励磁线圈，减少了机械振动和磁噪音的产生。
因此，它是一种较为安静的电机，适用于对噪音和振动要求较高的应用中。
总结起来，开关磁阻电机具有高功率密度、高效率、简单的结构、较高的可靠性、良好的动态响应、可逆性、无需永磁体、低噪音和振动等特点。
这些特点使得开关磁阻电机在许多领域中成为一种非常有竞争力的电机选择。
开关磁阻电机
1.1开关磁阻电机开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是一种定子单边激励，定转子双凸极的磁阻式电动机，由于定子电流由变频电源供电，电动机必须在特定的连续的开关模式下工作，所以通常称为“开关磁阻电机”。
它是上世纪八十年代出现的一种新型无刷电机，具有结构简单、可控参数多、控制灵活、效率高等优点，使得其在电动车驱动系统、家用电器、先进制造、矿山机械、航空航天等领域得到了广泛应用。
目前，国内对开关磁阻电机的研究主要集中在控制算法研究、噪声和振动研究、损耗分析等方面。
国外对开关磁阻电机在高速燃油泵电机、高速发电机、高速起动/发电机等航空、航天方面的应用进行了大量研究，例如美国研制的250千瓦、222,24转/分航空开关磁阻起动/发电机的功率密度高达5.3kw /kg；法国研制了一台1千瓦、转轴采用复合材料的超高速运行的开关磁阻电机，其最高转速可达200,000转/分。
SRM是双凸极可变磁阻电动机，它的定子、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。
转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有几种绕组，按相数和齿极数来分，开关磁阻电机有三相6/4、12/8或四相8/6、16/12等结构。
对于SR电机，转子磁场变化频率与转子齿数成正比，而转子损耗主要来自于转子磁场变化所产生磁滞损耗和涡流损耗。
电机的定、转子的极数有多种不同的搭配，相数越多，步距角小，利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高。
目前应用较多的是四相（8/6）结构，见图1-1。
图中只画出了A相绕组及其供电电路。
图1-1 四相SR电动机结构图（其中的一相）SRM有如下优点：（1）电机结构简单、坚固，制造工艺简单，成本低，可工作于极高转速；定子线圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。
（2）损耗主要产生在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许有较高的温升。
（3）转矩方向与电流方向无关，从而可最大限度简化功率变换器，降低系统成本。
开关磁阻电机
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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。
《开关磁阻电机》课件
电动汽车的驱动系统需要能够提供更高的扭矩和功率，同时还要具备较 高的可靠性和效率。开关磁阻电机能够满足这些要求，因此在一些高端 电动汽车中得到了应用。
在工业领域的应用
工业领域是开关磁阻电机的重要应用领 域之一，特别是在需要高扭矩、高可靠
性、高效率和高寿命的场合。
发展
开关磁阻电机在发展过程中不断改进和优化，以提高效率、降低成本、减小体积和重量等方面取得显著进展。目 前，开关磁阻电机已经在工业自动化、电动车、家用电器等领域得到广泛应用。
特点与优势
特点
开关磁阻电机具有结构简单、成本低、可靠性高、效率高、调速范围宽等优点。
开关磁阻电机具有更高的能效和可靠性，适 用于需要频繁启动、制动和调速的场合。此外，开关磁阻电机的控制系统简单， 维护方便，适用于各种恶劣环境。
开关磁阻电机的设计、制造和控制系 统已经得到了很大的发展，但仍存在 一些挑战和问题需要进一步研究和解 决。
对未来研究的展望
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，开关磁阻电 机的性能和功能需要进一步优化和完善。
未来的研究将更加注重开关磁阻电机的智能化、高效化、 小型化和轻量化等方面的研究，以适应更加复杂和多变的 应用场景。
在工业领域中，开关磁阻电机主要用于 驱动各种机械设备，如压缩机、泵、风 机、传送带等。由于其高效、可靠、维 护成本低等优点，开关磁阻电机在工业
领域中得到了广泛应用。
在工业自动化和智能制造领域，开关磁 阻电机的高效性和可靠性也得到了广泛 应用，如机器人关节驱动、自动化生产
线等。
在家用电器领域的应用
家用电器是开关磁阻电机的重要应用领域之一，特别是在需要高效、低噪音、低 维护成本的家电产品中。
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机原理
开关磁阻电机是一种特殊的电动机，它利用磁阻效应来实现转动。
相比于传统的电动机，开关磁阻电机具有结构简单、功率密度高、电源利用率高等优点。
开关磁阻电机的工作原理是通过改变电磁线圈的电流路径，从而改变转子上的磁阻效应。
电磁线圈由一系列电感器组成，每个电感器都有一个控制开关与之相连。
当电流通过电磁线圈时，电感器的控制开关会根据控制信号的变化开关状态。
开关磁阻电机的转子由多个磁阻杆组成，每个磁阻杆都有一个磁性材料制成，并具有交替的南北极性。
当电流通过电磁线圈时，根据控制开关的状态，某些磁阻杆会被磁化，而其他磁阻杆则被磁场排斥。
这个磁阻力的不对称使得转子开始旋转。
为了保持转子的连续旋转，开关磁阻电机需要不断地改变电流路径和控制开关的状态。
这通常通过电子控制单元（ECU）来实现，ECU会根据传感器的反馈信号来控制电流路径和控制
开关的状态。
总的来说，开关磁阻电机利用磁阻效应和控制开关来实现转动，通过不断地改变电流路径和控制开关的状态，使得磁阻力的不对称推动转子旋转。
这种电机具有结构简单、功率密度高等优点，广泛应用于汽车和家电等领域。
开关磁阻电机ppt
转子磁极形状可变 ，定子磁极形状不 变
磁阻电机具有定、 转子两个磁极
开关磁阻电机的历史发展
20世纪60年代初，英国科学家提出开关磁阻电机的概 念
20世纪70年代，开关磁阻电机进入商业应用
1969年，第一台开关磁阻电机样机研制成功
近年来，开关磁阻电机在新能源汽车等领域应用逐渐 增多
开关磁阻电机的应用场景
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04
开关磁阻电机的控制与调速
开关磁阻电机的控制方法
控制原理
开关磁阻电机的控制原理是基于磁通闭合 和磁化曲线控制的。通过控制开关磁阻电 机定子电流的通断，可以控制电机的磁通 和转矩。
VS
控制策略
常用的开关磁阻电机控制策略包括电流斩 波控制、角度控制和直接转矩控制等。其 中电流斩波控制是通过控制电流的幅值来 防止电流过大，角度控制是通过控制定子 与转子的相对角度来控制转矩，直接转矩 控制则是直接控制转矩的大小和方向。
开关磁阻电机的调速原理
调速原理
开关磁阻电机的调速原理是通过对电机定子电流的频率和相 位进行控制来实现的。通过改变定子电流的频率和相位，可 以改变转子与定子的相对位置，从而改变电机的转速。
控制方式
开关磁阻电机的调速控制方式包括PWM控制和角度控制两种 。PWM控制是通过调节定子电流的占空比来控制电流的大小 ，角度控制是通过调节定子与转子的相对角度来控制电流的 方向和大小。
开关磁阻电机的基本结构
开关磁阻电机是一种具有凸极效应的电机，其定、转子均为 硅钢片叠加而成，转子上没有绕组，而定子上有集中绕组。
开关磁阻电机的运行原理
通过控制开关磁阻电机的绕组电流，产生磁场，进而使转子 在凸极效应的作用下旋转。
开关磁阻电机的设计
从结构的角度说明交流异步电机、永磁同步电机与开关磁阻电机的区别
从结构的角度说明交流异步电机、永磁同步电机与开关磁阻电机的区别交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机是三种常见的电动机类型，它们在结构上有着明显的区别。
下面将从结构的角度对这三种电机进行详细的说明。
1. 交流异步电机交流异步电机是一种常见的电动机类型，其基本结构包括定子、转子、端盖、轴承等部分。
定子是电机的外部结构，通常由铁芯和绕组组成。
铁芯是由硅钢片叠压而成，具有良好的导磁性能。
绕组是电机的电路部分，通常由漆包线绕制而成，用于产生磁场。
转子是电机的内部结构，通常由铁芯和绕组组成。
端盖是电机的支撑部分，用于固定定子和转子。
轴承是电机的运动部分，用于支撑转子并减小摩擦。
交流异步电机的工作原理是通过定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组产生的磁场相互作用，使转子产生旋转运动。
由于转子的转速与旋转磁场的转速之间存在一定的差值（称为转差率），因此交流异步电机又称为转差电机。
2. 永磁同步电机永磁同步电机是一种高效、高性能的电动机类型，其基本结构包括定子、转子、端盖、轴承等部分。
定子和转子都是由永磁材料制成的磁极，通常采用钕铁硼等高性能永磁材料。
定子上的磁极分为两段或多段，以产生不同的极对数。
转子上的磁极也分为两段或多段，以产生不同的极对数。
端盖是电机的支撑部分，用于固定定子和转子。
轴承是电机的运动部分，用于支撑转子并减小摩擦。
永磁同步电机的工作原理是通过定子和转子之间的磁耦合作用，使转子跟随定子的旋转磁场同步旋转。
由于永磁同步电机的转子不需要额外的励磁电流，因此其效率较高，功率因数较大。
此外，永磁同步电机还具有启动迅速、调速范围宽等优点。
3. 开关磁阻电机开关磁阻电机是一种结构简单、成本低的电动机类型，其基本结构包括定子、转子、端盖、轴承等部分。
定子和转子都是由硅钢片叠压而成的凸极结构，通常采用四极或六极结构。
端盖是电机的支撑部分，用于固定定子和转子。
轴承是电机的运动部分，用于支撑转子并减小摩擦。
开关磁阻电机的工作原理是通过改变定子和转子之间的相对位置，使磁阻发生变化，从而产生电磁转矩驱动转子旋转。
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1.工作原理：开关磁阻电机是一种以磁阻为主要工作原理的电机。
它利用电流在磁阻元件中产生的磁阻变化，从而实现驱动电机转动。
该电机主要由定子和转子两部分组成。
定子中心构造有磁阻元件（如磁阻电阻块或磁阻隐藏产生器），制造磁场，而转子是磁场作用下的动力元件。
电机通过改变定子和转子之间的磁阻关系来实现转矩调速。
工作过程如下：(1)当电机通电时，定子中的磁场会激励转子周围的物质，并产生磁阻。
(2)通过改变通电线圈的电流方向，可以改变磁场中的磁阻分布和大小。
(3)转子在磁场影响下，会发生转动，转动角度和方向与磁阻的变化有关。
(4)控制系统通过改变电流的大小和方向，以调节磁场中的磁阻，从而控制电机的转速和转矩。
2.控制系统：(1)电源供应：控制系统需要提供稳定的电源供应，以保证电机正常工作。
可以采用直流电源或交流电源供电，根据实际要求进行选择。
(2)电流控制：电流控制是开关磁阻电机的关键。
通过改变电流的大小和方向，可以实现对电机的转速和转矩的调节。
可以采用PID控制算法等来实现电流的闭环控制。
(3)角度控制：角度控制是实现电机转动角度的控制手段。
可以通过位置传感器等装置来检测电机转子的位置，然后通过控制系统来调整电流方向和大小，从而实现电机转子在指定角度上停留或转动。
(4)速度控制：速度控制是根据实际需求来调节电机转速的手段。
可以通过改变电流的大小和方向，或者改变供电频率等方式来实现速度的调节。
总结：开关磁阻电机是一种利用磁阻变化实现驱动的电机，通过改变电流的大小和方向，可以实现对电机的转速和转矩的调节。
其控制系统主要包括电源供应、电流控制、角度控制和速度控制等部分。
利用这些控制手段，可以实现对开关磁阻电机的精确控制，满足各种实际应用需求。
开关磁阻电机功率因数
开关磁阻电机功率因数一、开关磁阻电机的基本原理开关磁阻电机是一种新型的电机，其基本原理是利用磁场的转移作用来实现转子运动。
该电机由定子和转子两部分组成，其中定子上有若干个线圈，通过交流电源对其进行供电，从而产生旋转磁场。
转子上则装有若干个铁芯，在旋转磁场的作用下，铁芯会发生磁通的变化，从而引起铁芯内部的磁场分布发生变化，使得转子产生旋转运动。
二、开关磁阻电机的优点相比传统的感应电机和永磁同步电机，开关磁阻电机具有以下几个优点：1. 高效率：由于该电机采用了开关控制技术，在启动和运行过程中可以实现高效率控制，从而大大提高了整个系统的能量利用率。
2. 负载能力强：在高负载情况下，该电机仍然能够保持较高的效率和稳定性。
3. 可靠性高：由于该电机采用了无刷结构设计，在使用过程中不会出现刷子摩擦和磨损等问题，从而大大提高了其使用寿命。
三、开关磁阻电机的功率因数功率因数是电力系统中的一个重要参数，它表示有用功与视在功之比。
在开关磁阻电机中，由于其结构特点和工作原理的限制，其功率因数通常较低。
这主要是由于以下几个方面的原因：1. 谐波产生：由于该电机采用了开关控制技术，在启动和运行过程中会产生大量的谐波，从而导致系统中出现较多的无功功率。
2. 磁场变化：由于该电机采用了变磁场控制技术，在运行过程中会不断改变磁场方向和大小，从而导致系统中出现较多的无功功率。
3. 电容器不足：在使用该电机时，需要配备适当大小的电容器来补偿无功功率，如果选用不当或数量不足，则会导致系统中出现较多的无功功率。
四、提高开关磁阻电机的功率因数为了提高开关磁阻电机的功率因数，可以采取以下几种方法：1. 优化控制策略：通过优化控制策略，减少谐波和磁场变化对系统的影响，从而降低无功功率的产生。
2. 增加电容器：在使用该电机时，可以增加适当大小的电容器来补偿无功功率，从而提高整个系统的功率因数。
3. 改进电机结构：通过改进电机结构，减少谐波和磁场变化对系统的影响，从而降低无功功率的产生。
开关磁阻电机参数
开关磁阻电机参数一、工作原理开关磁阻电机是一种通过改变磁阻来实现转子运动的电动机。
其基本结构由定子和转子组成。
定子上有一组线圈，通过电流激励形成磁场。
转子上有一组磁阻，其磁阻值可以根据控制信号进行改变。
当电流通入定子线圈时，定子磁场将转子磁阻吸引到某一位置，使转子转动。
通过改变磁阻的大小和位置，可以控制转子的转动速度和方向。
二、性能特点1. 高效率：开关磁阻电机具有较高的转换效率，能够将电能有效地转换为机械能。
2. 高精度：开关磁阻电机的运动精度较高，能够实现微小的位置和速度控制。
3. 高可靠性：开关磁阻电机结构简单，无刷子、无集电环等易损件，具有较长的使用寿命。
4. 低噪音：开关磁阻电机的运行噪音较低，适用于对噪音要求较高的场合。
5. 高扭矩密度：开关磁阻电机具有较高的扭矩密度，能够在较小的体积内输出较大的扭矩。
三、参数介绍1. 额定电压：开关磁阻电机工作所需的电压，通常为直流电压。
2. 额定电流：开关磁阻电机在额定工作条件下所需的电流。
3. 转速范围：开关磁阻电机的转速范围，可以根据不同的应用需求进行调整。
4. 转矩常数：开关磁阻电机在额定电流下输出的转矩与电流之间的比值。
5. 转矩-转速特性：开关磁阻电机的转矩与转速之间的关系，可以通过转矩-转速曲线来表示。
6. 功率因数：开关磁阻电机的功率因数是指实际功率与视在功率之间的比值，反映了电机的功率利用效率。
7. 效率：开关磁阻电机的效率是指输出功率与输入功率之间的比值，反映了电机的能量转换效率。
四、应用领域开关磁阻电机由于其特有的性能特点，在许多领域得到了广泛的应用。
1. 自动化设备：开关磁阻电机作为一种精密的位置和速度控制装置，广泛应用于自动化设备中，如数控机床、半导体设备等。
2. 机器人技术：开关磁阻电机在机器人技术中具有重要的应用价值，能够实现精确的运动控制，提高机器人的工作效率和精度。
3. 医疗设备：开关磁阻电机在医疗设备中的应用越来越广泛，如手术机器人、医疗影像设备等，可以提供精确的运动控制和定位功能。
开关磁阻电机大学课件
02
开关磁阻电机的结构与组成
定子结构
1 3
定子铁芯
由硅钢片叠压而成，是产生磁场的关键部分。
定子绕组
电流斩波控制
总结词
电流斩波控制是一种控制开关磁阻电机 电流的方法，通过设定电流的上限和下 限，当电流超过上限时，控制器会降低 电压以减小电流；当电流低于下限时， 控制器会增加电压以增加电流。
VS
详细描述
在电流斩波控制策略中，控制器实时监测 开关磁阻电机的电流，当电流超过设定的 上限时，控制器会降低电机相电压，以减 小电机电流；当电流低于设定的下限时， 控制器会逐渐增加电机相电压，以增加电 机电流。通过这种方式，可以有效地限制 电机电流，防止过流对电机造成损坏。
传感器
用于检测转子的位置和速度，以便控制器精确控制电 机的运行。
保护电路
用于保护电机和控制器的安全，防止过电流、过电压 等异常情况。
03
开关磁阻电机的控制策略
角度控制
总结词
角度控制是一种精确控制开关磁阻电机转子位置的方法，通过检测转子的位置 并调整开通角和关断角来控制电机的转动。
详细描述
在角度控制策略中，控制器实时检测开关磁阻电机的转子位置，并根据转子的 位置来精确控制电机的开通角和关断角。通过调整开通角和关断角，可以精确 地控制电机的转动，从而实现高精度的位置和速度控制。
06
开关磁阻电机的前景与展望
技术发展趋势
高效能化
随着新材料、新工艺的应用，开关磁阻电机的效 率将进一步提高，降低能耗。
开关磁阻电机
开关磁阻电机开关磁阻电机是一种新型的直线电机，具有结构简单、高效节能、位移稳定等优点。
该电机采用开关磁阻原理，在交变磁场中实现直线运动，是一种不能超越的电源开关形式。
它不需要嵌入任何磁铁、不需要进行感应和发电操作、能够满足高精度和高强度的应用，适用于机器人、机床、广告、家庭电器、测量、组装、定位、人机交互设备等领域。
开关磁阻电机的工作原理是运用了开关磁阻原理中的开关效应，将电流通过电流传感器控制，使电机运行，可以按照规定的磁场幅度产生直线运动。
此外，开关磁阻电机原是替代低效率的定子型电机的一种创新电机，其结构如图所示。
图1 开关磁阻电机简化结构图1.反铁心铁心2.励磁线圈3.开关导电片组4.插口5.定位销6.支架开关磁阻电机的关键部分是开关导电片组，通过控制导电片组的运动状态可以实现电机的正反转以及加减速。
在电流改变方向时导电片组会改变方向，使电机向反方向运转。
同时导电片组的数目、形状和位置决定了电机的输出力矩，因此导电片组的设计至关重要。
另外，开关磁阻电机的励磁线圈由交流电源提供电流，产生交变磁场，导致导电片组在上下移动时受到的磁力方向不同，从而产生直线运动。
这种电机运用了开关磁阻原理中的非线性效应，使能量转化的效率相对较高，能够减少功耗和低噪音运行。
在实际应用中，开关磁阻电机需要进行合理的选择和设计。
选择时，应考虑电机的功率、扭矩和转速等指标，结合具体应用场合，选择适合的电机型号。
对于设计而言，需要考虑导电片组的形状和数量，以及励磁线圈的电压和频率等因素，以确保电机的性能和稳定性。
总之，开关磁阻电机在结构简单、高效节能、位移稳定等方面具有突出的优点，在广泛的应用领域具有广阔的前景。
随着未来科技的进步，开关磁阻电机将逐渐替代传统定子型电机，成为一种新型的高效能源转换设备。
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
2.1.6 SRD的应用与研究动向
开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive ：SRD） 是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的 最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电 力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术 为一体的光、机、电一体化高新技术。
（（12（））342）4-p-p35hh-apashseaes48ess61tat0astottsoartrtapoptoroolreple/po2/lo6elr/eor4o/t8otroorrrotpoptoroolreplepoloele
利用永磁体辅助起动的单相SR电动机
PM
PM
开关磁阻电机的优缺点
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。
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。
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。
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。
开关磁阻电机
转子通常采用双凸极结 构，没有绕组，也没有
永磁体
位置传感器用于检测转 子的位置，为控制器提
供反馈信号
2
第2部分
开关磁阻电机的运行原理
开关磁阻电机的运行原理
1
开关磁阻电机的工作原理是基于磁阻最小原理， 即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合
2
当定子绕组通电时，会吸引转子朝向磁阻最小
的方向转动
3
通过控制定子绕组的通电顺序和相序，可以控 制转子的旋转方向和速度
它具有结构简单、运行 可靠、效率高、控制灵 活等优点，因此在工业 、航空、交通等领域得 到了广泛的应用
下面将介绍开关磁阻电 机及其控制技术
1
第1部分
开关磁阻电机的基本结构
开关磁阻电机的基本结构
1
2
3
4
开关磁阻电机主要由定 子、转子、位置传感器
等组成
定子由多个硅钢片叠成 ，以减小磁阻，并安装
有集中绕组
汇报人：XXXXX
日期：3部分
开关磁阻电机的控制技术
开关磁阻电机的控制技术
开关磁阻电机的控 制技术主要包括电 流控制和位置控制
开关磁阻电机的控制技术
电流控制
电流控制是开关磁阻电机控制的关键之一。 它主要包括最大电流控制、最小电流控制和 PWM控制等方法。最大电流控制是通过控制 相电流的最大值来限制电机的输出转矩，最 小电流控制是通过控制相电流的最小值来限 制电机的铜耗。PWM控制则通过调节脉冲宽 度来控制相电流的平均值，以达到调速的目 的
优点
结构简单：开关磁阻电机结构简单，维 护方便，可靠性高
效率高：由于开关磁阻电机采用磁阻最 小原理，因此其效率比传统电动机更高
调速性能好：通过控制电流和位置，开 关磁阻电机的调速性能好，适用于各种 不同的应用场景
第2章开关磁阻电机
高可靠性
开关磁阻电机结构简单、无刷、 无接触，因此具有较高的可靠性 和耐久性，适用于智能家居和物 联网领域中的长时间连续工作需 求。
05
未来发展趋势与挑战
高性能材料研究进展
高温超导材料
提高电机效率和功率密度，降低热损耗。
纳米复合材料
增强电机绝缘性能和机械强度，提高电机可靠性 。
稀土永磁材料
提升电机转矩密度和调速范围，实现高性能化。
与交流异步电机比较
开关磁阻电机的效率高于交流异步电机，且调速范围更宽。此外，开关磁阻电机在低速时 具有更大的转矩输出能力。
与永磁同步电机比较
开关磁阻电机无需永磁体，因此成本更低。同时，在高速运转时，开关磁阻电机的效率高 于永磁同步电机。然而，永磁同步电机在低速时具有更高的转矩密度和更好的调速性能。
02
静态特性测试方法
空载特性测试
01
在电机空载状态下，测量电机的电压、电流和转速等参数，绘
制空载特性曲线。
负载特性测试
02
给电机加上负载，测量电机的电压、电流、转速和输出转矩等
参数，绘制负载特性曲线。
磁化特性测试
03
测量电机在不同磁化状态下的磁通密度和磁场强度等参数，了
解电机的磁化特性。
动态特性评估指标
磁阻转矩控制
过流/过温保护
通过调整电流波形和开通角，实现磁 阻转矩的精确控制，提高电机效率。
实时监测电流和温度等参数，当超过 设定阈值时及时采取保护措施，确保 电机安全运行。
转子位置检测
采用霍尔传感器或编码器等方式，实 时检测转子位置，为控制算法提供准 确数据。
软硬件设计与实现
01
硬件设计
包括主控制器选型、功率变换器设计、传感器选型和接口电路设计等，
第12章 开关磁阻电动机PPT课件
SRD中常用的功率变换器有不对称半桥型、双绕组型、 分裂电源型、H桥型、公共开关型、电容转储型等主电路拓 扑结构，可以采用IGBT、功率MOSFET、GTO等开关器件。 图12－2所示为开关磁阻电机中几种功率变换器主电路的拓 扑结构，图中Si代表开关器件。
第12章 开关磁阻电动机
图12－2 开关磁阻电机功率驱动主电路拓扑结构
以三相12/8极开关磁阻电动机为例，假设电机理想空载， 图12－3所示为该电机的A相绕组及其与电源的连接。图中 S1、S2为主开关管（功率器件）；VD1、VD2为续流二极管； U为直流电源。定子上属于同一相的4个线圈并联组成一相 绕组。
第12章 开关磁阻电动机
图12－3 开关磁阻电动机的工作原理图
第12章 开关磁阻电动机
设当A相磁极轴线OA与转子齿轴线Oa为图12－3所示位 置时，主开关管S1、S2导通，A相绕组通电，电动机内建立起 以OA为轴线的径向磁场，磁力线沿定子极、气隙、转子齿、 转子轭、转子齿、气隙、定子轭路径闭合。通过气隙的磁力 线是弯曲的，此时磁路的磁阻大于定子极与转子齿轴线重合 时的磁阻，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，转子齿的轴 线Oa向定子A相磁极轴线OA趋近。当OA和Oa轴线重合时， 转子已达到平衡位置，即当A相定子极与转子齿对齐的同时， 切向磁拉力消失。此时关断A相开关管S1、S2，开通B相开关 管，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，电机内磁场沿顺时针方向转过30°，而转子在磁 场磁拉力的作用下继续沿着逆时针方向转过15
开关磁阻电机
需要的是变压器，整流器，低通滤波器，L298，单片机，键盘，显示器，万能板，线缆，磁阻电机，变压器，USB接口。
降压变压之后整流再滤波，得到直流电，直流通过H桥，变成交流电，控制磁阻电机控制电路的驱动通过USB提供。
什么磁阻电机，其实是单相交流电动机开关磁阻电机-开关磁阻电机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。
主要有开关磁阻电机、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。
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）。
开关磁阻电机-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。
单相交流电动机单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。
当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。
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2.2 绕组磁链
2.2.1 一相绕组磁通
一相电路电压方程
u ir d
dt
忽略绕组电阻
又 d dt
得 ud d dt d
或 d u d
“+”——绕组与电源接通 “-” ——电源断开后续流
d u d
令开关合闸瞬间（t=0）为初始状态
00 ,0o n(触 发 角 )
fD
mNr
n 60
1.3 开关磁阻电机传动系统的特点
优点
SRM有较大的电机利用系数，可以是感应电机利用系 数的1.2~1.4倍
电动机结构简单，转子上没有绕组；定子上只有简单 的集中绕组，没有相间跨接线。
转矩与电流极性无关，单向电流激励。
对转速限制小，可制成高速电动机
通过对电流的通断、幅值控制，满足不同负载要求的 机械特性
改变通电的顺序，转子旋转方向改变改变电流的方 向，转子旋转方向不变
每改变通电一次，定子磁场轴线移动2π/Ns空间角， 转子则每次转过τ/m极距
定子齿极数Ns=2m，转子齿极数为Nr,相数为m，转子旋转 一周，即θ＝2π＝Nrτ，定子m相绕组需轮流通电Nr次。 SR电动机的转速n(r/min)与电源输出频率f的关系
on
2
/
Nr
2.2.2 开关磁阻电机的磁路及磁链
磁路可分为： 定子齿极 转子齿极 定子轭（均匀8段） 转子轭（均匀6段）
U
R’
V
1
W’ 2'
2 W
1'
V’
R
U’
每齿极磁通相位依次滞后τ/m
V相通电时的磁链
（1）定子齿极的磁通
U
(
)
U ( N
SR电机 定、转子均为凸极结构
反应式同步磁阻电机 定子为齿、槽均匀分布的光滑内腔
定子绕组为集中绕组
定了嵌有多相绕组，近似正弦分布
励磁是顺序施加在各相绕组上的电流 励磁是一组多相平衡的正弦波电流 脉冲。
各相磁链随转子位置作三角波或梯形 各相自感随转子位置作正弦变化，不
波变化，不随电流改变
随电流改变。
250kW 270V 23000r/min 我国研制了50W~30kW 20个规格SRD
北京纺织研究所、华工、南航、东南、浙大
1.4.2 开关磁阻电机的相数和结构
2 SR电机的基本电磁关系及运行原理
2.1 电感与转子位置角的关系 2.2 绕组磁链 2.3 磁化曲线 2.4 绕组电流 2.5 转矩与功率 2.6 开关磁阻电机中的能量关系 2.7 开关磁阻电机中的数学模型 2.8 SR电动机的运行状态与控制方式
四பைடு நூலகம்8/6极SR电机定转子实物
1.1.2 功率变换器
能量提供者 包括直流电源和开关器件
1.1.3 控制器和位置检测器
控制器要求具有下述性能： （１）电流斩波控制 （２）角度位置控制 （３）起动，制动，停车及四象限运行 （４）调速 位置检测器提供转子位置信号，使控制器决定
绕组导通和关断
1.2 开关磁阻电动机的基本工作原理
U
R’
V
1
W’ 2'
2 W
1'
V’
R
U’
V相通电
U R’
1
W’
1' V’
U’
V
W
R
R相通电
U R’
1
3' W’
1' V’
U’
V
W 3
R
W相通电
U
R’ 1
V 2
W’
W
2' V’
1' R
U’
U相通电
连续不断按U-V-W-R-U的顺序分别通电，电动机内 磁场沿U-V-W-R-U的顺序移动 转子沿U-R’-W’-V’方向即逆序转动
SRD系统效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内 都较高
缺点
有转据脉动
转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，且有双凸极结构和 磁路非线性，合成转据不是恒定转据，有一定的谐波 分量
噪声与振动大
出线头多
1.4 开关磁阻电机发展概况
1.4.1 开关磁阻电机的发展及应用
1838年苏格兰 Davidson 蓄电池机车 1980年英国wrenson 1983年英国TASC Drives有限公司第一台SR
牵引电机
高转速电机（纺织机 航空发动机 电动工具 离 心传动）
功率范围
10W(n=10000r/min)~5MW(n=50r/min) 转速 100000r/min
英、美、加、前南斯拉夫、埃及、土耳其 美空军和GE公司联合开发航空发动用SRD 启动/发电机系统 30kW 270V 52000r/min
d u d
0
on
得
u (
on )
若关断角为θoff,则关断后磁链变化
d
off
off
ud
即off
u(off
)
整理得 u(2off on)
一相绕组在通电、断电的一个变化周期内
u
(
on )
u
(2off
on
)
0
on off
off 2off on
0 on
2off
SRD（Switch Reluctance Drive） 系统的构成
1.1.1 开关磁阻电机
凸极定子和转子 沿直径方向两个定子上的绕组串联为“一相” 转子齿数为极数
四相8/6极SR电机
由同步电机的功角特性可知，凸极电机的电磁功率:
P emm X E 0 dUsinm U 22(X 1qX 1d)sin2
理想SR模型 定子绕阻电感L与绕阻电流i无关 极尖的磁通边缘效应忽略不计 磁导率μ∞ 忽略所有功率损耗 开关动作瞬时完成 转子旋转角速度Ω=C
2.1 电感与转子位置角的关系
Lmin
1 1
L()
K(
1)
Lmax
Lmin
1 2 2 3
Lmax K( 1) 3 4
K ( L m a x L m i n ) / (2 1 ) ( L m a x L m i n ) /s
开关磁阻电机及其发展 开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的控制系统及其实现 开关磁阻电机存在的问题及其发展方向
１开关磁阻电机及其发展
1.1开关磁阻电机传动系统ＳＲＤ 1.2开关磁阻电动机基本工作原理 1.3开关磁阻电机传动系统的特点 1.4开关磁阻电机发展概况
1.1 开关磁阻电机驱动系统ＳＲＤ
电机（7.5kW，1500r/min），1984年 4～ 22kW 4个规格系列 德国1984～1986年1kW、1.2kW、5kW 我国1985年开始研制，目前已有350W～ 30kW等规格
电动车驱动系统
家用电器(洗衣机 食品加工机械) 通用工业（风机 泵 压缩机 龙门刨 印花机器）
伺服与调速系统