开关磁阻电机特性的最优控制
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。
开关磁阻电机控制系统识别(第二版)
01
第二部分：开关磁阻电机的控制技术
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第二部分：开关磁阻电机的控制技术
4.开关磁阻电机的控制原理和方法
一、电压和电流控制
开关磁阻电机的电压和电流控制是电机控制的基本方式。通过控制电机绕组的电压和电流 ，可以控制电机的转速和转矩。在开关磁阻电机中，绕组电流的方向和大小是通过控制开 关的开通和关断时间来决定的。通过控制电压和电流的幅度和相位，可以实现电机的正反 转、调速和制动等功能
开关磁阻电机控制系统的工作原理主要涉及到电机的启动、运转和停止。在启动阶段，通 常采用全电压启动，以尽快达到额定转速。在运转阶段，根据负载的变化，通过调节电源 电压和控制开关的通断，以维持电机的稳定运转。在停止阶段，通常采用降压停机，以防 止电机过热损坏。此外，开关磁阻电机控制系统还包括保护系统，如过流保护、欠压保护 、过热保护等，以确保电机的安全运行
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第三部分：开关磁阻电机控制系统的组成
2. 电源系统：为了供给电机所需的电能，需要一个适配器或电源单元。这个系统的功能 是将主电源的电压转换为电机所需的电压和电流。通常使用整流器和逆变器来实现电能 的转换
3. 控制系统：控制系统是用来控制电机运行的核心部分。它包括传感器、控制电路和执 行器等组成部分。传感器用于检测电机的位置、速度和转矩等参数，并将这些参数反馈 给控制电路。控制电路根据传感器反馈的信息来计算出相应的控制信号，并把信号发送 给执行器。执行器负责根据控制信号调整电机的电流和磁场，从而实现对电机的控制
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第一部分：开关磁阻电机的特性及特点
3. 功率电路简单、可靠
电机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，相绕组串在主电路两功率管 之间，不会发生桥臂直通短路故障，绕组相间耦合弱，缺相故障运行能力强，系统的容错 能力强，可靠性高，可以适用于宇航等特殊场合
开关磁阻电机
由于电机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟电流方向无关，故在上面运行图中没有
标明磁力线的方向。
A、B、C各相线圈轮流通电视乎简单，实际情况要复杂些，线圈切断电源后产生的自
感电流不会立即消失，要提前关断电源进行续流；为加大力矩相邻相线圈有电流的时
间会有部分重合；调节电动机的转速、转矩也要调整开关时间，各相线圈开通与关断
3、步距角 b=r/m=360/(mNr)
4、转矩方向与电流无关,但转矩存在脉动。
5、需要根据定、转子相对位置投入激励。不能像普通异步电机一样直接投
入电网运行，需要与控制器一同使用。
2.1.3 开关磁阻电动机的相数与结
构
N s 2km
相数与级数关系
N r N s 2k )
1、为了避免单边磁拉力，径向必须对称，所以双凸极的定子和转子齿槽数应
6)可控参数多，调速性能好 控制开关磁阻
电动机的主要运行参数和常用方法至少有
四种:相开通角,相关断角, 相电流幅值,相绕
组电压。
SRD特点：
7)效率高，损耗小 SRD系统是一种非
常高效的调速系统。
8)可通过机和电的统一协调设计满足
各种特殊使用要求 。
9)缺点：转矩脉动、振动、噪声 但可
通过特殊设计克服
一类型的电机。
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
展了SRD系统的研究工作。
电动摩托车用开关磁阻电机控制策略研究
电动摩托车用开关磁阻电机控制策略研究近年来，电动摩托车已经成为人们出行的主要交通工具。
电动摩托车具有节能环保、结构简洁、操作方便等优点，受到了广大消费者的青睐。
与传统的内燃机摩托车相比，电动摩托车更加便捷、安全、环保，使用成本也低得多。
电动摩托车的操控是由电机控制系统自动实现的，而这种电机控制系统则依赖于开关磁阻电机。
开关磁阻电机是一种新型的可控制电动机，其安装结构简单，可以有效地减小电机的体积和重量，并且使用简单，维护方便，适用于电动摩托车的控制。
开关磁阻电机的控制策略具有多种，通过对开关磁阻电机的合理控制，可以满足电动摩托车高效率、节能的运行要求，保证摩托车的安全运行。
首先，开关磁阻电机的控制策略要求能够有效提高电机的转速。
转速是电动摩托车最重要的参数，能够影响其运行效率，调整电机的转速可以通过改变电机的电流利用率，从而使电机达到更安全、节能的状态，也可以使电机达到更高的转速，从而提高电动摩托车的运行效率。
其次，开关磁阻电机的控制策略要求能够改善电机的功率利用率。
电动摩托车的电机的功率利用率是决定车辆的运行效率的关键，电机的功率利用率可以通过控制电流，改善电机的功率特性，从而达到更高的功率利用率，从而得到更高的运行效率。
最后，开关磁阻电机的控制策略要求能够有效抑制发动机功率下降。
随着电动摩托车使用时间的延长，电机的功率会随着使用次数的增加而逐渐下降，而这种下降会降低电动摩托车的运行效率，因此，开关磁阻电机的控制策略必须要能够有效地抑制电机的功率的下降，从而达到高效、节能的运营效果。
通过研究，可以发现，开关磁阻电机的控制策略可以有效地改善电动摩托车的运行性能，使其更加安全、节能。
因此，在实际应用中，应根据电动摩托车的特性，合理选择开关磁阻电机的控制策略，从而实现高效、节能的运行性能。
在未来，电动摩托车的发展将会进一步加快，开关磁阻电机的控制策略也将会变得更加成熟，从而为电动摩托车的更安全、节能的运行提供有力的保障。
开关磁阻电机工作原理
开关磁阻电机工作原理开关磁阻电机是一种新型的电机，它采用了开关磁阻原理，具有结构简单、效率高、噪音低等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
那么，开关磁阻电机是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨开关磁阻电机的工作原理。
首先，我们需要了解开关磁阻原理。
开关磁阻原理是指通过改变磁路的磁阻来控制电机的运动。
在开关磁阻电机中，磁路由磁铁、磁导体和空气间隙组成。
通过改变磁导体的导磁性能，可以改变磁路的磁阻，从而控制电机的运动。
这种原理使得开关磁阻电机具有了结构简单、响应速度快的特点。
其次，开关磁阻电机的工作原理是基于磁阻变化来实现的。
当电流通过磁导体时，磁导体的导磁性能会发生变化，从而改变磁路的磁阻。
通过控制电流的大小和方向，可以实现对磁路磁阻的精确控制。
当磁路的磁阻发生变化时，磁场的分布也会发生变化，从而产生了磁力，推动电机的转子运动。
在开关磁阻电机中，通常会采用开关元件来控制电流的大小和方向。
通过控制开关元件的通断，可以实现对电流的精确控制，从而实现对磁路磁阻的精确控制。
这种精确控制使得开关磁阻电机具有了高效率、高精度的特点。
此外，开关磁阻电机还具有了响应速度快、噪音低的特点。
由于开关磁阻电机采用了数字化控制，可以实现对电流的快速调节，从而实现了响应速度快的特点。
同时，由于开关磁阻电机不需要传统的机械换向装置，因此噪音也大大降低了。
综上所述，开关磁阻电机是一种利用开关磁阻原理实现运动控制的新型电机。
它具有了结构简单、效率高、响应速度快、噪音低的特点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对开关磁阻电机的工作原理有一个更加深入的了解。
谈开关磁阻电机的特点及应用
谈开关磁阻电机的特点及应用【摘要】由于交流调速技术固有的缺点，人们一直在寻找一种新的调速技术。
随着计算机自动控制技术和电力技术的日益成熟，作为一种结构简单、调速性能好、效率高、节能效果显著的新型电气传动调速技术，开关磁阻电机调速技术引起了世界各国电气传动界的广泛关注，并在传动机械、矿山机械、电动（汽）车、家用电器等领域得到广泛的应用。
【关键词】开关磁阻电机特点应用一前言随着我国社会经济健康、持续的增长，电力消费数量也保持快速增长。
目前我国能源形势日趋紧张，为了进一步推进资源节约和综合利用，保证经济的可持续发展，国家正大力加快建设节约型社会的进程。
二开关磁阻电机的特点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，使得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。
（1）其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。
（2）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。
（3）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。
（4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于高速驱动。
（5）转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
（6）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。
（7）可频繁启动（1000次/小时），适合正向反向运转的特殊场合使用。
（8）启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。
（9）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。
（10）可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊的使用要求。
三开关磁阻电机的应用近年来开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，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，功率范围从10w～5mw，最大速度高达100000 r/min。
1．开关磁阻电机电动车应用开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。
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。
开关磁阻电机的九大优势、三大缺点、应用领域全面解析
开关磁阻电机的九大优势、三大缺点、应用领域全面解析近年来，开关磁阻电机逐渐走进了市场，因为该电机具有其他电机没有的优势，所以逐渐成为了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。
那么开关磁阻电机的优势到底是什么呢?让我们一起来了解一下吧!开关磁阻电机调速系统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。
它是由开关磁阻电动机和微机智能控制器两部分组成，其特点是效率高、节能效果好、调速范围广，无冲击起动电流，起动转矩大，控制灵活等特点。
1998年，我国把发展电动机调速节能和电力电子节电技术纳入《中华人民共和国节能法》中，国家发改委“电动机节能计划”明确提出：提高电动机15-20%的效率，实现节电1000亿kWh/年。
因此，该种电机被广泛用于运输车辆驱动、龙门刨、锻压设备等需要重载起动，频繁启动，正反转的场合。
近几年，随着电机节能理念的逐渐深入，开关磁阻电机由于具有以下的特点，其正在应用于各种场合。
开关磁阻电机调速系统的特点：一、效率高，节能效果好。
经过测试，其整体效率比交流异步电动机变频调速系统至少高3%以上，低速下能提高至少10%，与直流调速、串级调速、电磁调速等比较，节电效果更明显。
二、起动转矩大，适合重载起动和负载变化明显且频繁启动的场合。
测试发现其启动转矩达额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%，优势非常明显三、调速范围广。
开关磁阻电机可以在低速下长期运行，由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时要低，解决了变频调速电机低速运行时电动机发热问题，还可以根据实际灵活设置最高转速。
四、可频繁正、反转起动停止，系统调控性好，制动性好，能实现再生制动，节电效果显著。
五、起动电流小，避免对电网的冲击。
开关磁阻电机具有软启动特性，没有普通交流电动机起动电流大于5-7倍额定电流的现象。
六、功率因数高，不需增加无功补偿装置，测试发现，开关磁阻电机系统在空载和满载时的功率因数均大于0.98 。
开关磁阻电机控制原理
θ 2 − θ on 1 θ off − θ 2 Nr U Tav = m (θ off − θ 2 )( − ) 2π Ω Lmin 2 Lmax − Lmin
2 S 2
当 SR 电动机运行在电流值很小的情况下 ， SR电动机运行在电流值很小的情况下 电动机运行在电流值很小的情况下， 磁路不饱和， 电磁转矩与电流平方成正比； 磁路不饱和 ， 电磁转矩与电流平方成正比 ； 当运行在饱和情况下， 当运行在饱和情况下 ， 电磁转矩与电流的 一次方成正比。 一次方成正比 。 这个结论可以作为制定控 制策略的依据。 制策略的依据。
L,Ψ, i Ψ L Ψ i
O
τr/2 θon
θoff
τr
θ
- Te
特种电机及其控制
Te
特种电机及其控制
设定电流上、 设定电流上、下幅值的斩波图
i Imax
Imin
O
θ
特种电机及其控制
设定电流上限和关断时间斩波图
i Imax
O
θ
特种电机及其控制
PWM斩波调压控制的电流波形 PWM斩波调压控制的电流波形
i
O
θ
特种电机及其控制
APC运行时 APC运行时Tav与θon、θoff的关 运行时T 系
特种电机及其控制
2.3 SR电机的控制原
理
SR电机固有机械特性： SR电机固有机械特性： 电机固有机械特性
整理得： 整理得：
Ω =U
s
F / Tav
F为以电机结构参数 ，Nr， θ2，Lmax，Lmin)和 为以电机结构参数(m， ， 为以电机结构参数 和 控制参数(θ θ 为变量的函数 控制参数 θon ,θoff)为变量的函数 对一定电机，结构参数一定。 对一定电机，结构参数一定。如Us、 θon 、θoff 、 一定， 电机的固有机械特性为 一定，则电机的固有机械特性为： Tav=k/ Ω
油田抽油机应用开关磁阻电机的优点
油田抽油机应用开关磁阻电机的优点目前各大油田为降低生产成本，都将节能增效作为首要目标，对抽油机要尽量降低电机的耗电量。
根据抽油机的运行特点，为了实现这个目的，电机应具有以下特点：电机损耗小，在较宽的负载变化范围内能够保持较高的功率因数和效率；速度能够平滑无级调节且调速范围较宽，以适应不同井况的要求及其供排关系；能够实现软启动，减少启动时对抽油机的冲击，降低选用电机及变压器的容量。
满足上述要求的电机，一方面自身的功率因数和效率要较高，另一方面可以使抽油机的机、杆、泵整个系统达到较好配合，提高系统效率。
因此研制具有上述特点的电机驱动系统已成为必然趋势，山东艾磁驱动科技股份有限公司生产的开关磁阻电机驱动系统就是具有这些特点的一种新型电机驱动系统。
该电机具有十分突出的综合性能，是当前抽油机最为理想的动力系统。
它的研制和生产对油田的节能生产具有重大意义。
1．开关磁阻电机电机结构简单、坚固可靠开关磁阻电机定转子都是双凸极结构，电机损耗小，在较宽的负载变化范围内都能保持较高的功率因数和效率；电动机转子无绕组，成本低，定子绕有集中绕阻，各项绕组采用直流励磁，产生步进的单相脉振磁场，依赖磁阻转矩旋转，位置闭环控制，不会失步，可控性好。
电动机可高速旋转而不致变形；转子转动惯量小，易于加、减速；转子无永磁体，可具有较高的最大允许温升，无退磁现象。
2．开关磁阻电机高起动转矩，低起动电流，实现了完全意义上的软启动，无论在何种状态运行，都不存在倒发电，冲击电网现象。
油田抽油机在启动时，需要带载直接起动，所需起动转矩较大，普通电机起动电流为6-8倍额定电流。
为满足起动要求所配电机的功率较大，而该机在运行时所需转矩较小，90%以上的电机负载率在50%以下，长期以来抽油机所配电机大都处于轻载运行状态，负载率极低，功率损耗大，能源浪费严重，而开关磁阻电机驱动系统非常适合重载启动的场合，具有高启动转矩和低启动电流的性能。
启动转矩达到额定转矩的1.5倍时，启动电流仅为额定电流的30%，可完全满足游梁式抽油机带平衡块启动的需要，减少电机启动时对电网和抽油机的冲击，降低所选用电机及变压器的容量，节约投资成本，减少维护费用。
开关磁阻电机的原理和控制系统方案
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。
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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。
开关磁阻电机结构特点
开关磁阻电机结构特点
开关磁阻电机属于一种新型的电机类型，其结构特点如下：
1. 转子结构：开关磁阻电机的转子由多个铁心组成，每个铁心之间通过绝缘材料隔开。
转子的铁心数量可以根据电机的功率和应用场景进行调整。
2. 定子结构：开关磁阻电机的定子主要由多个绕组组成，每个绕组分别被固定在定子铁心上。
定子铁心之间也通过绝缘材料隔开。
3. 磁路特点：开关磁阻电机的磁路是由多个通道组成的。
通道中有一个绕组，通过切换电流方向来产生磁场。
这种磁路结构使得电机具有高效率和高功率密度的特点。
4. 控制系统：开关磁阻电机的控制系统通常采用DSP芯片进行控制。
控制系统根据电机的负载情况和运行状态，来调整电流的方向和大小，以实现电机的高效率和高性能。
5. 优点：开关磁阻电机具有高效率、高功率密度、高响应速度、低噪音、低振动等优点。
此外，由于开关磁阻电机的磁路结构简单，制造成本低，因此在工业应用中也具有较高的竞争力。
以上是开关磁阻电机的结构特点和优点，它是一种新型的电机类型，具有很高的应用前景和发展潜力。
开关磁阻电机性能的研究与优化设计
开关磁阻电机性能的研究与优化设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种适用于高速、高效、高可靠性和低成本的电机。
它的特点是没有永磁体和绕组，通过磁阻来实现转矩产生。
本文将研究SRM的性能，并优化其设计。
首先，我们来分析SRM的性能。
SRM的核心是转子和定子，它们之间的间隙被称为磁阻。
在运行时，SRM通过改变定子和转子的磁阻来产生转矩，从而驱动负载。
与传统电机相比，SRM具有以下优点：结构简单、无永磁体、高效率、高可靠性和低成本。
然而，SRM也存在一些问题，如震动和噪音较大、起动困难、转矩脉动等。
因此，我们需要对SRM进行研究和优化设计，以提高其性能。
为了研究SRM的性能，我们可以从以下几个方面进行分析。
首先是电磁特性的研究。
我们可以通过建立数学模型来分析SRM的电磁特性，如磁场分布、磁阻变化和磁通变化等。
通过研究这些特性，我们可以了解SRM的工作原理和性能表现。
其次是电气特性的研究。
SRM的电气特性包括电流、电压和功率等。
我们可以通过实验和模拟来测量和分析这些特性，以了解SRM的工作状态和效果。
在研究电气特性时，我们还可以考虑SRM的控制方法，如直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）和传统的PWM控制方法等。
通过优化控制方法，我们可以提高SRM的响应速度、精度和效率。
第三是热力特性的研究。
SRM的工作会产生一定的热量，如果热量无法有效散发，会影响SRM的性能和寿命。
因此，我们可以通过热学分析来研究SRM的热力特性，如温升、热阻和散热方式等。
通过优化散热设计和材料选择，我们可以降低SRM的温升，提高其工作效率和稳定性。
最后是结构设计的研究。
SRM的结构设计直接影响其性能。
我们可以通过优化磁路设计、转子形状和定子绕组等方式来改善SRM的性能。
同时，我们还可以考虑使用新材料和新工艺，如磁性复合材料和三维打印技术等，来提升SRM的性能和制造效率。
开关磁阻电机技术优势
开关磁阻电机调速系统技术优势系统效率高在其宽广的调速范围内，整体效率比其他调速系统高出至少10%，在低转速及非额定负载下高效率则更加明显。
调速范围宽，低速下可长期运转在零到最高转速的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。
高启动转矩，低起动电流起动转矩达到额定转矩的150%，启动电流仅为额定电流的30%可频繁起停，及正反转切换可频繁起动和停止，频繁正反转切换。
在有制动单元及制动功率满足时间要求的情况下，起停及正反转切换可达每小时一千次以上。
三相输入电源缺相或控制器输出缺相不烧电机三相输入电源缺相，或者欠功率运行或者停机，不会烧毁电机和控制器。
过载能力强当负载短时远大于额定负载时，转速会下降，保持最大输出功率，不会出现过流现象。
当负载恢复正常时，转速恢复到设定转速。
功率器件控制错误不会引起短路上下桥臂功率器件和电机的绕组串联，不存在发生功率器件由于控制错误或干扰导致短路而烧毁的现象。
可靠性高由于开关磁阻电动机的转子无绕组和鼠笼条，电动机可高速运转而不变形，机械强度和可靠性均高于其它类电机。
转子无永磁体，可有较高的允许温升。
开关磁阻电机调速系统优势1）效率高，节能效果。
在所有的调速和功率范围内，CD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3%以上，在低速工作状态下其效率能够提高10%以上。
与直流调速、串流调速、电磁调速等系统相比，CD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。
CD控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧可得到较大的起动转矩，起动转矩达额定转矩的150%，起动电流仅为额定电流的30%，比之交流电动机的300%电流获得100%的转矩性能，有时非常明显。
3）调速范围广。
电动机可以在低速下长期运行。
由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时还要低，解决了变频调速低速运行下电机发热问题。
此外，CD电动机最高转速不会像交流电动机那样受极数的限制，可以根据实际需要灵活地设定最高转速。
控制电机：开关磁阻电机
题目：开关磁阻电机开关磁阻电机学习《特种电机及其控制》这门课程，这要介绍了无刷直流电机及其控制、开关磁阻电机及其控制系统、步进电机及其控制，其中我最感兴趣的开关磁阻电机。
下面我将对我所了解的开关磁阻电机做一总结。
一、发展背景开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的猛烈发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出优点，成为直流电机调速系统、交流电机调速系统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注，目前开关磁阻电机已开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。
开关磁阻电机的基本概念可追溯到19世纪40年代，1842年，英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。
20世纪60年代，大功率晶闸管的出现为SR电机的研究发展提供了重要的物质条件。
1967年，英国的Leeds大学开始对SR电机进行深入研究；直到1970年左右，研究结果表明：SR电机可以在单相电流下四象限运行，功率变换器无论是用晶体管还是用普通晶闸管，所需开关数都是最少的；电动机成本也明显低于同容量的感应电动机。
20年代70年代初，美国福特公司研制出最早开关磁阻电机的调速系统，其结构为轴向气隙电动机，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，适合于蓄电池供电的电动车辆的转动。
1980年Leeds大学的Lawrenson教授及其同事总结出了自己的研究成果，发表了题为“Variable--Speed Switched Reluctance Motors”的论文，系统阐述了开关磁阻电机的基本原理与设计特点，并得出了新型磁阻电机的单位出力可以与交流感应电机相媲美甚至还略占优势的结论。
1983年英国TASC公司推出了Oulton系列通用SRD调速产品，问世不久便受到了各国电气传动界的广泛重视。
从1984年开始，我国许多单位先后开展了SRD研究，在借鉴国外经验的基础上，我国SR电机的研究发展很快。
对于开关磁阻电机的认识
对于开关磁阻电机的认识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，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。
SRM的定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁芯由硅钢片迭压而成，所以SRM具有结构简单坚固，控制性能良好以及效率高等优良特性，因此，开关磁阻电动机调速系统，虽然发展时间较短，但已经成为交流变频调速、无刷直流电机系统的有力竞争者。
由于转子上无绕组，也不加永久磁铁，定子上有集中绕组，所以SRD还具有独特的故障运行能力，高速及高温下运行能力优良，因此，特别适合恶劣的工作环境，如井下采煤机。
SRM是一种典型的机电一体化电机，其控制非常灵活，很容易实现四象限运行。
SRM是SRD的执行元件，其结构和工作原理与传统的交直流电机有着根本的区别。
转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。
SRM可以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。
SRM的运行遵循“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状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。
当定子A-A’极励磁时，所产生的磁力则力图使转子旋转到转子极轴线3-3’与定子极轴线A-A’重合的位置，并使A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，若依次给C→B→A→D相通电，则电动机就会沿顺时针方向转动。
可见，SRM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。
另外，从图1-2可以看出，当主开关器件S 、S 导通时，A相绕组从直流电源吸收电能，而当S 、S 关断时，绕组电流经续流二极管D 、D 继续流通，并回馈给电源开关磁阻电动机驱动系统是较为复杂的机电一体化装置，SRD的运行需要在线实时检测的反馈量一般有转子位置、速度及电流等，然后根据控制目标综合这些信息给出控制指令，实现运行控制及保护等功能。
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开关磁阻电机特性的最优控制摘要：本文介绍开关磁阻电机的特性，为获得电机或电机模拟转换的最大效率和电磁转矩的最小波动。
控制曲线的变量—开通角和关断角（或是导通角），以及每一项的电压都可以通过一个简单的数学模型估算来获得。
集中参数测量的模型需要考虑电机的磁路饱和，并且功率变换器参数的选择要确保系统的低功耗。
共调查研究了两种典型开关磁阻电机，定转子齿数比分别为Ns/Nr=8/6 和6/4,310电源整流供电。
时间曲线可以从数学模型和电机特性的最优估算得出，而且可以通过某种特殊的测试平台来验证其有效性。
关键字：磁阻电动机，模型，控制绪论对电力电子元件和设备的不断改进和其高速发展使得人们增强了对开关磁阻电机应用研究的兴趣。
开关磁阻电机具有直流系列典型电机的特点，这使得它可以用于车辆的驱动部分。
角速度的宽范围高效率调速使得它可以应用于大功率驱动和直流驱动。
转子上无需供电并具有简单稳固的结构使得电机适用于超高速驱动。
开关磁阻电机另一可取的特点是当电机停转时可直接控制电机的转子位置，也可以对开关磁阻电机进行转矩控制[2,6,7,10]。
开关磁阻电机也有缺点，就是其在高速运行时会出现转矩脉动和振动[1]。
如图４所示，开关磁阻电机的一般功率变换结构都是一个不对称的半桥电路。
电磁转矩的产生和电机定子绕组的电流方向无关，而且电机可实施()e T ，ω平面的四象限运行。
对导通相通电的顺序可以改变电机的转向，相导通角的位置，是在提前与极轴还是落后与极轴决定着电机的启动/制动模式。
角度控制和扭矩控制依赖于一下三个变量：开通角(on α)，关断角(off α)，或是导通角z α =on α－off α，相电压的控制方式是脉宽调制(PWM)模式。
通过控制这三个变量，对他们不同的组合都可以在达到()T ，ω平面上的同一电机特性，但这会导致不同的电流，效率和转矩脉动[4, 5, 9, 10]。
所以选择开关磁阻电机驱动系统的必备参数来找到最佳的控制特性是至关重要的。
在此论文中，研究用一种准最优控制方式控制开关磁阻电动机驱动来找到控制特性的最大效率和最小转矩脉动。
实现这个目标需要用精确的原始的数学模型，在众多重复估算中具有简单、有效的特点，必须在动态过程中需找这个最佳控制特性。
此集中参数测量模式要考虑到磁路的饱和，功率变换元器件的损耗以及因此对电机效率的影响。
1数学模型从此结构来看，平均转矩和转矩的角度特性依赖于相绕组的自感和互感系数的角度曲线，并和由此派生的转子位置角有关。
通过各方面的测量和估算可以清楚的看出相邻相绕组的互感系数幅值和自感系数相比非常低，对电机性能的影响更低。
这一结论可以通过对开关磁阻电机相绕组的正反耦合测量来证明。
要建立精确的模型得考虑定子相绕组的互感系数，例如[3]，但把此应用于最优控制中非常困难而且需要动态的大量运算。
此项研究的集中参数测量[8, 9]假定一下成立：– 电机磁电部分完全对称– 相互感系数忽略– 磁滞和贴心损耗忽略此数学模型反应着开关磁阻电机的重要特征，如和相电流i k 有关的非线性的相系数和转子位置角θ，和电子转换器件的功率损耗，以及电源压降都要考虑。
模型有拉格朗日方程建立，拉格朗日电机函数如下()21021~d ~,θθψ ∑⎰=+=m k i k k k kJ i i L （1） 其中()k k i ,θψ= L k (θ,k i ) k i 是磁链。
k i ~是k i 的积分变量。
相绕组电流方程结果是：()[]k k k k k i R u i L t-=,d d θ； k=1,….,m （2） 旋转运动方程式： θθ D T T J Lc --= （3） 上式中，T c 是电磁转矩：()∑⎰=∂∂=m k i k k k e ki i i L T 10~d ~~,θθ （4） 在此模型中，L k 感应函数假定为下列乘积形式：L k (θ,k i )=()()k k k i L ,ϕλϕ （5）()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=εθττϕ11k frac r r k 是转子位置角转到第k 相齿距的位置，frac(x)是实数x 的小数部分。
感应函数的这种分析方法从测量角度看是非常有效的。
磁路建设在转矩曲线的基础上，而上述的这种分析方法对由于磁路的修正和微小偏差引起的影响的研究也是非常有效的。
图1，2，3所示的感应函数()ϕL 是在非饱和状态下的，饱和系数()i ，ϕλ和相绕组感应系数()i L ,θ分别都是根据此状态下的。
引用感应函数(5)用到电流方程式(2)和转矩方程式(4)中，考虑当θϑ =k时获得： ()[]()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+--=k k k k k k k k k k k k k k i i L i i L i e i R u i t ,,/,,d d ϕϕθϕ （6） 和()k m k i k k c i i c T k ~d ,,~110∑⎰==θϕθ(7)图1. MRV3电机相绕组感应系数非饱和状态下测量插值曲线图2：a, b. 相绕组感应系数的饱和函数分别随图a,电流i ；图b ，角度ϕ变化图形。
MRV3电机的测量曲线由样条函数（虚线）插值获得，它与相电流有关，余玄函数和转子位置角有关。
在等式(6)和(7)中()()()()kk k k k k k k i L i L i ore L i e ϕθθθλθθλθθθθθ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂=,, （8） 是在绕组中产生的反电动势， 表达式（8）同样应用于连续的直流激励电机，它可以解释两种电机在机械特性方面的相似之处。
图3. 相绕组感应系数()i L ,ϕ随着转子位置角ϕ和相电流i 变化的结果，根据（5）式获得感应系数()ϕL 和饱和系数()i ，ϕλ都依据所测试电机的测量方法。
根据转子的几个位置的电流曲线的记录根据跨步电压测试过程，()i ，ϕλ函数测试根据此记录曲线估算出的。
在数学模型中，()ϕL 由深度的样条函数（图1）所展示，而()i ，ϕλ是有与电流I （图2a ）有关的一度样条函数和与角度ϕ（图2b ）有关的余玄函数所展示的图4.相电路转换器和它的三种模式等价电路：b 启动；c 自由调速；d 制动 电压源和控制变量引入到此模型，该模型通过适当的电路连接到功率转换器如图4所示。
用晶体管代替PWM 开关，用一个近似的余玄函数模拟，对于相到相的开关可以过滤低频信号。
考虑转换器的电阻系数，系统的主功率损耗，获得系统的有效计算结果是必要的。
2模型的确定试验和测量实施了一个特殊的试验平台如图5。
图6显式了一个测试电机的横截面，来解释控制变量z α ,on α,off α和转子位置角θ。
图5. MRV3 SRM 电机测试平台和控制器图6. 8/6相SR 电机侧面图，显式角：开通角(on α)，关断角(off α)，导通角(z α )和转子位置角θ。
两种不同电机都被测试。
第一种，MRV3, 有以下额定值：m=4, U N =24 V; P N =0.9 kW; n N =3,500 rpm ；相电阻(20°C), R=0.043 Ω；绝缘等级H ；最大转矩（所转矩），25 Nm ；保护程度，IP21；虚拟电流，没有指定；主要尺寸，200 mm·135 mm·135 mm ；电机空隙宽度，δ=0.4 mm 。
第二种电机，EMS-71，是三相电机整流器供电：m=3, U N =310 V;P N =0.75 kW; n N =3,00 rpm ；相电阻(20°C), R=1.87 Ω;保护程度，IP21；虚拟电流，没有指定；主要尺寸，200 mm·160 mm·160 mm ；电机空隙宽度δ=0.35 mm 。
此测试平台由独立的直流发电机激励，所测试的SRM 带有转矩感应仪表。
电机有转换器供电，其可以使能三个独立的控制变量: 相电压Uav （PWM 控制），开通角on α和导通角z α。
电机转子位置角，和转动速度，由增量式编码器测量，此编码器具有一度的分辨力。
控制系统以AT889C51微控制器为核心。
测量任务由具有12信道宽的功率分析器Norma 6200完成。
它可以测量几个动态过程来验证由数学模型获得的结果，包括有效率和转矩波动。
电机效率s η和电机转换器效率u η由功率分析器估算，功率分析结果由电压、电流、转矩、和速度的时间曲线获得。
仿真程序在Borland Dephi 6.0标准下编写目标序言，应用Runge –Kutta RKF45程序来估算动态过程。
在估算过程中，转换器所有重要变量和整个系统都被包括在内—根据图4中所展示的方案。
估算以数学模型为基础实现了1,000中不同控制变量的合并估算：Uav, on α和z α，不同的负载转矩值来仿真从电机启动到稳定的动态过程。
采集每相动态运转的末级的1s 稳定状态来计算效率和转矩波纹。
此模型的数字性能是在同一实时动态过程中与装备Athlon XP 1600+处理器的PC 机的比率是1:50。
稳定状态的估算结果根据控制变量的三度样条函数插值法获得效率和转矩波纹的平滑曲线。
电机效率和转换器系统依靠特殊的损耗方法，它需要考虑电机机械损耗P m ，电机总损耗s P ∆和转换器线路损耗z P ∆∑，如公式（9）：s m m s P P P ∆+=η zs m m u P P P P ∆∑+∆+=η （9） 相绕组阻抗是在平均60°C 下进行估算的。
同样的，SRM 电机的特性测试也是在相绕组保持同样温度下进行的。
在测量和估算过程中，下列曲线：相电流，电流源，转速和转矩曲线都是已经测量好的；并且在稳定状态下：SRM 相电流和电流源的值；速度，电流，相电压，转矩，电机效率和电机转换系统的平均值。
电流范围也是测量过，估算并比较过。
两种电机控制变量的广范围的变化都在这些研究中。
仿真结果如图7所示。
测量和估算结果的一致水平符合在达到动态过程稳定状态下的稳定状态值。
因为如此众多的控制变量值和负载着（总数大于200）采用了统计学的方法，其结果如表1中所示。
第一行显式的是测量值和估算值的差值界限，在表的目录中展示了各单项的界限的百分比—圆周率，效率和平均值，每相的统计平均值和电流源值。
图7. 测量比较和MRV3电机的时间曲线：a 稳定状态下的电流(on α=39.5°，z α=30°, Uav=22.8 V , n =21/s, T l =5.7 Nm ); b 启动转矩：on α=19.5°, z α=15°, Uav=12.4 V 还有转动惯量0.072 kg/m 2。
表1. 数需模型确认。
两种测试SRM 电机测量和估算的一致水平。