开关磁阻电机的基本了解
开关磁阻电机的工作原理
开关磁阻电机的工作原理
开关磁阻电机是一种能够快速启停和反转的电动机，它的工作原理基于磁阻的变化。
下面是开关磁阻电机的工作原理的详细解释：
1. 结构：开关磁阻电机由定子和转子组成。
定子上有多个绕组，每个绕组之间通过磁阻作为连接。
转子上也有绕组，与定子的绕组相连。
2. 动作原理：当电流通过定子的绕组时，会在绕组中产生一个磁场。
当转子中的绕组与定子绕组的磁场相互作用时，转子会受到一个力矩的作用，使其转动。
3. 磁场调节：开关磁阻电机通过改变传感器绕组中的电流方向来改变磁场的方向。
改变磁场的方向可以改变转子所受到的力矩的方向，从而实现电机的启动、停止和反转。
4. 工作过程：当需要启动电机时，通过改变传感器绕组中的电流方向，改变磁场的方向，使转子受到力矩的作用开始转动。
当需要停止电机时，改变电流方向，使磁场的方向与转动方向相反，转子受到的力矩变为阻碍转动的力矩，从而停止电机的转动。
当需要反转电机时，改变电流方向，使磁场的方向与原来相反，从而改变转子受到的力矩方向，使电机反向转动。
总之，开关磁阻电机的工作原理是通过改变磁场的方向来实现电机的启动、停止和反转，从而能够快速调节和控制电机的运转状态。
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具有简单结构和高转矩密度的电动机。
它使用了磁阻转矩产生装置，其中磁阻转矩由电动机的定子和转子之间的磁阻产生。
开关磁阻电机的工作原理如下：
1. 组成：开关磁阻电机由定子、转子、定子绕组和悬挂片组成。
定子和转子之间通过永久磁铁产生磁阻转矩。
2. 工作原理：当定子线圈通电时，会在定子产生磁场。
定子的磁场会将转子吸引到某个位置，使两者之间形成磁阻。
同时，钢片的切割磁感线也会产生涡流，涡流通过电磁耦合作用与磁场相互作用，从而形成磁阻转矩。
3. 磁阻转矩控制：通过控制定子绕组的电流和相位，可以调节磁阻转矩的大小和方向。
通过改变电流的极性和大小，可以调节转子的位置和速度。
4. 高转矩密度：开关磁阻电机具有高转矩密度，是因为其转矩与控制电流的平方成正比。
即使在较低电流下，也能产生较大的转矩输出。
总而言之，开关磁阻电机利用磁阻转矩来实现机械输出。
它具有结构简单、转矩密度高的特点，并且可以通过调节电流控制转矩的大小和方向。
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新型的非接触式电机，它是利用磁阻效应实现电能转换成机械能的机电系统。
开关磁阻电机是一种以永磁体为励磁源、以铁心瞬时磁阻变化为工作原理的非线性电机，是一种新型的电力传动技术。
下面将从原理、结构、工作过程三个方面对开关磁阻电机进行解析。
开关磁阻电机的原理是利用磁场产生的磁阻力来驱动转子旋转，从而转换电能为机械能。
这种电机的组成主要包括永磁体、铁芯、绕组、中心轴、定子等部分。
永磁体是该电机的励磁源，它产生的磁力线通过铁芯传递到定子上，使定子上的绕组产生电磁力。
在电机工作过程中，控制电路会对绕组进行加电和切断，以使定子的磁阻力变化。
定子磁阻力变化可以驱动转子旋转。
三、开关磁阻电机的工作过程开关磁阻电机的工作过程可以分为四个阶段：励磁阶段、瞬间通电阶段、瞬间切断电流阶段和减速阶段。
励磁阶段是该电机最开始的状态，永磁体提供磁场，定子上的绕组中没有电流通过，此时转子处于静止状态。
瞬间通电阶段是定子上的磁场急剧变化的时候，此时控制电路会向绕组中加入短脉冲电流，使定子上的磁场忽然变大，这会产生向转子端的磁阻力。
瞬间切断电流阶段是在达到一定功率后，控制电路将绕组中的电流切断，此时定子上的磁场急剧消失，转子也因惯性而继续运动，此时又产生了向转子端的磁阻力，抵消了转子的惯性。
减速阶段是电机停止工作的状态，此时定子的磁场和转子的转动都已经消失。
总之，开关磁阻电机是一种基于磁阻效应的非线性电机，是一种全新的电力传动技术。
它的主要原理是利用磁场变化产生的磁阻力来驱动转子旋转，从而将电能转换成机械能。
该电机具有构造简单、效率高、输出扭矩大等优点，适用于一些对质量、体积有严格要求的场合。
开关磁阻电机的反电动势
开关磁阻电机的反电动势一、磁阻电机简介磁阻电机是一种电动机的类型,也被称为细分步进电机。
其工作原理基于磁阻变化引起的转子转动。
磁阻电机结构简单，体积小，重量轻，控制精度高，因此被广泛应用于各种精密控制系统中。
二、磁阻电机的工作原理1.磁阻电机的内部构造磁阻电机由定子和转子两部分组成。
定子由绕组和铁芯构成，绕组上通有定向电流，产生磁场。
转子是一个可旋转的磁性构件，在定子磁场的作用下，转子会受到偏置力和扭矩的作用，使其旋转。
2.磁阻电机的工作原理磁阻电机的工作原理基于磁阻的变化。
当绕组通电时，产生的磁场会改变磁路的阻抗。
转子随着磁场变化而调整其位置，以便在任何给定时间内最大限度地降低磁路的阻抗。
通过同步转子位置和改变绕组电流，可以实现电机的转动。
三、磁阻电机的反电动势1.反电动势的定义反电动势是指当磁阻电机运行时，绕组产生的电势，其方向与通电电流相反。
反电动势的大小与绕组电流以及磁场的变化速率成正比。
2.反电动势的产生机理磁阻电机的转子在磁场中运动时，磁阻的变化会导致绕组中的感应电动势的产生。
这个感应电动势与磁阻的变化速率成正比。
当绕组产生电动势时，电流会发生变化，以满足转子的运动需求，使得反电动势产生。
3.反电动势的作用反电动势是磁阻电机的重要参数，它直接影响电机的性能。
反电动势的大小与转子转速成正比，因此可以通过测量反电动势来确定电机的转速。
此外，反电动势还可以用于控制电机的转矩和定位精度。
四、影响反电动势的因素1.绕组电流大小反电动势的大小与绕组电流成正比。
通常来说，电流越大，反电动势越大，从而使得电机产生更大的转矩。
2.磁场的变化速率反电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
当磁场的变化速率较大时，反电动势也较大，从而使得电机具有更高的转速。
3.磁路的设计磁路的设计直接影响磁场的强度和分布情况，进而影响反电动势的大小。
合理的磁路设计可以使得磁场的变化速率更大，从而增加反电动势的大小。
五、应用领域与发展前景磁阻电机由于其结构简单、体积小、重量轻以及控制精度高等优点，被广泛应用于各种精密控制系统中，如数控机床、纺织机械、机器人等。
开关磁阻电机基础知识
研 - 需要电动运行时，若分时给各相通以矩形波电流，则可得到无脉动的输出转矩。
（参照下面左图）
制 - 同理，需要发电运行时，若分时可得到各相矩形波电流，则轴端口将输入无脉动的 磁阻转矩。（注意：电动/发电运行时，相导通区域不同，如发电运行时应在电感 与控 下降区域流过电流，以吸收机械能。）（参照下面右图）-ຫໍສະໝຸດ 按照“磁阻最小化原理”，产生磁阻转矩
与
机 - 按转子位置给定子绕组逐次供电，以便旋转
电
学
大
山
燕
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一、开关磁阻电机的结构和工作原理（2/5页）
¾ 开关磁阻电机的特点
室
究 - 电气及机械结构简单、坚固，制造工艺简单 （可媲美于感应电机）
研 - 需要专门的驱动电路，也因此容易实现多功能 制 - 损耗主要产生在定子端，因此驱动系统的效率高（相对于感应电机） 控 - 电机的制作成本低，因此其经济性能好 与 - 起动转矩大，低速性能好 机 - 调速范围宽 (可工作于达几万或十多万rpm转速）) 电 - 在宽领域内的调速范围内，控制灵活，易于实现各种转矩－速度特性 学 - 可四象限运行，具有再生制动能力 山大 - 噪音，振动大（缺点）
开关磁阻电机基础知识 室 究
研 制 控 与 机 电 学 大 山 李珍国 (电气工程及其自动化系) 燕 lzg@
一、开关磁阻电机的结构和工作原理（1/5页）
¾ Switched Reluctance Motor（SRM）
室 Switched Reluctance Generator （SRG） 究 ¾ 开关磁阻电机的结构原理图 研 - 定转子 双凸极结构 制 - 定子各极上绕有集中线圈 控 - 转子上无绕组，无永磁铁，仅有叠片叠压而成
开关磁阻电机的结构
开关磁阻电机的结构
一、开关磁阻电机简介
开关磁阻电机是一种无刷直流电机，通常是一两极电机，它的主要特点在于其简单的结构，运行可靠，维护方便，制造成本低廉，且功率调节功能较强，可以用于电动机的调速控制，因此在电动机控制中得到了广泛的应用。
二、开关磁阻电机结构
开关磁阻电机一般由电枢、电阻器、机座、定子绕组、调速控制装置及电路等部分组成。
（1）电枢：电枢由电枢支架、转子及定子绕组组成，电枢支架由铸铁、铸铝等材料制成，转子由转子能磁性材料和绕组组成，定子绕组由定子电感线圈组成，定子绕组的起动端和终止端分别接在电枢支架上。
（2）电阻器：电阻器是开关磁阻电机的重要部件，它是由电阻罩、电阻片、电阻螺母、电气螺母、绝缘片等组成的，电阻片的电阻可以通过更换不同的电阻片来实现对电机转速的调节。
（3）机座：机座主要由机座壳、机座座轴、机座底座、机座轴承、滤网等组成，机座壳用以固定电枢及支撑它，机座座轴用以将电机固定至机座底座上，机座轴承用以支撑电机转子，滤网主要用以防止灰尘进入电枢内部。
（4）调速控制装置及电路：调速控制装置由变阻器，控制电路、控制板等组成，它的主要功能是根据控制信号控制电阻片的位置，从
而改变电机的转速。
控制电路可以用小电压信号控制，或者用模拟量信号控制。
三、开关磁阻电机的作用
开关磁阻电机可以用于电动机的调速控制，用于调节电动机的转速和扭矩，以达到所需的转矩和转速要求，且具有可靠性高、调速灵敏、功率可调范围大等优点，因此被广泛应用于各类电动机的控制中。
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
开关磁阻电机的结构
开关磁阻电机的结构开关磁阻电机是一种特殊电动机，它的结构相对简单，但性能出色，用于许多领域，特别是在汽车电动助力系统中。
下面是开关磁阻电机的结构及相关参考内容。
1. 结构概述开关磁阻电机主要由转轴、转子、固定子、定子、绕组、永磁装置和控制系统等组成。
2. 转轴转轴是开关磁阻电机旋转的部分，通常由高强度材料制成，以承受转子的负载和旋转惯性。
3. 转子转子是开关磁阻电机中负责产生磁场的部分。
在开关磁阻电机中，转子是一个金属圆柱体，上面安装有一系列的磁铁。
这些磁铁被称为极对，它们的极性可以通过控制系统改变。
4. 固定子和定子固定子是开关磁阻电机中负责产生磁场的部分。
固定子由一系列磁体组成，安装在电机的外部。
定子是固定子的支架，将固定子固定在适当的位置。
5. 绕组绕组是开关磁阻电机中负责通电的部分。
它通常由一系列的线圈组成，线圈被绕在转子和固定子上。
绕组通电时，通过连接到电源的控制系统，会在绕组中产生电流。
6. 永磁装置永磁装置通过提供一个恒定的磁场来辅助电机的运行。
它由一系列的永磁体组成，这些永磁体通常安装在转子上。
7. 控制系统控制系统是开关磁阻电机中关键的部分。
它通过控制绕组中的电流和转子上的磁极，来实现电机的启动、停止和调速等功能。
控制系统通常由微处理器控制，能够实时监测电机运行状态，并根据需要进行调整。
参考内容：- S. Yilmaz, "Switched reluctance motor drives: magnetic design, control and faults diagnosis," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 11, pp. 6544-6555, Nov. 2014.- F. J. T. E. Ferreira, "Switched reluctance motors," in Handbookof Automotive Power Electronics and Motor Drives, Ed. Marcel Dekker, Inc., pp. 827-843, 2005.- A. Salminen, "Model-based design and powertrains: a case studyin switched reluctance motors," in Proceedings of the 2006 American Control Conference, Minneapolis, MN, USA, pp. 3086-3091, Jun. 2006.- M. B. Ebrahimi, "Optimal design of switched reluctance motor drives systems considering the effects of PWM selectivity and bus voltage modulation," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 20, no. 4, pp. 807-820, Jul. 2005.- H. Guo, "The finite element analysis method of switched reluctance motor design," in Proceedings of the 2011 InternationalConference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology, Harbin, China, Aug. 2011.。
开关磁阻电机简介
开关磁阻电机简介
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）。
◆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。
开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用
开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用1.简介：开关磁阻电机由驱动器和电机两部分组成，其中驱动器根据外部输入源的指令向电机提供电流，而电机则将电流转化为转动力。
2.驱动电流：驱动器根据输入源的指令产生开关电流，该电流可以通过改变驱动器中的电流方向和大小来实现。
在每一个电机相中都有一个电流传感器，用于测量电流。
驱动器会根据这些测量结果，进行控制电机的电流。
3.磁化和消磁：当电流通过电机线圈时，它会产生磁场，从而使定子上的磁阻磁化。
然后，电流将被改变方向，导致磁阻逆磁化。
这个过程会不断重复。
4.转动力产生：由于磁阻的磁化和逆磁化，定子上的转子被吸引和排斥。
这个过程会持续下去，从而使电机转动。
1.工业机械：开关磁阻电机驱动系统可以应用于各种工业机械中，如机床、印刷机、绘图仪和工业机器人等。
它们能够提供高速、高力矩和高精度的转动控制，提高生产效率和产品质量。
2.汽车工业：开关磁阻电机驱动系统可以应用于汽车的多种部件中，如电动方向盘、电动驱动系统和汽车座椅调节器等。
它们能够提供精确的转动控制，提高汽车的舒适性和操纵性。
3.医疗设备：开关磁阻电机驱动系统可以应用于医疗设备，如手术机械、医疗床和医疗影像设备等。
它们能够提供平稳的转动和精确的位置控制，提高医疗设备的性能和安全性。
4.家用电器：开关磁阻电机驱动系统可以应用于家用电器，如洗衣机、空调和冰箱等。
它们能够提供高效的转动和低噪音的操作，提高家用电器的使用体验和节能效果。
总结：开关磁阻电机驱动系统通过开关磁阻电机的独特运动原理，提供高效、高速和高精度的电机控制。
它已经在各个领域得到广泛应用，并为相关行业的发展和进步做出了重要贡献。
未来，随着科学技术的不断进步，开关磁阻电机驱动系统有望进一步发展和创新，为人类社会的发展做出更大的贡献。
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。
开关磁阻电机基础知识
电机可以根据转矩产生的机理粗略的分为两大类：一类是由电磁作用原理产生转矩；另一类是由磁阻变化原理产生转矩在第一类电机中，运动是定、转子两个磁场相互作用的结果。
这种相互作用产生使两个磁场趋于同向的电磁转矩，这类似于两个磁铁的同极性相排斥、异极性相吸引的现象。
目前大部分电机都是遵循这一原理，例如一般的直流电机和交流电机。
第二类的电机，运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的。
当定子绕组通电时，产生一个单相磁场，要遵循“磁阻最小原则”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。
因此，当转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位置。
即两轴线重合位置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象。
开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。
开关磁阻电机的工作机理基于磁通总是沿磁导最大（磁阻最小）的路径闭合的原理。
由于定子与转子都有凸起的齿极，这种形式也称为双凸极结构。
在定子齿极上绕有线圈（定子绕组），用来向电机提供工作磁场。
在转子上没有线圈，这是磁阻电机的主要特点。
磁通沿着磁路而流通时，主要经过磁导体和空气间隙两部分，磁通流过导磁体受到的阻力称为磁阻，有时为了计算方便，也会用到磁阻的倒数磁导，磁阻和磁道是倒数关系，仿照电路中的欧姆定律，可以得到相应的关系式，即磁势=磁通*磁阻。
与电阻相似，磁阻的大小与磁路的长度成正比，与磁路的截面积成反比定子和转子齿槽数不相等，但应尽量接近。
因为当定子和转子齿槽数相近时，就可能加大定子相绕组电感随转角的平均变化率，这是提高电机出力的重要因素。
SR电机转子上没有任何形式的绕组、永磁体、滑环等，定子上只有简单的集中绕组，绕组端部较短，没有相间跨接线，因此SR电机的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。
SR电机的材料利用系数高，与直流电机甚至感应电机相比，体积小、坚固、维护量小。
由于SR电机的转矩与电流极性无关，只需要单方向的电流激励，因此在理论上功率变换器电路中每相可以只用一个可控开关元件，而且每个可控开关元件都与电机绕组串联，不会出现像交流电机PWM逆变器那样有电源直通短路的危险，所以功率变换器电路简单，可靠性高。
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。
开关磁阻电机结构
开关磁阻电机结构开关磁阻电机，又称为磁阻电动机，是一种新型驱动技术，该技术无需通电即可启动电机。
它具有结构简单、可靠性高、效率高、适应性强等优点，被广泛应用于家电、机床、交通等领域。
下面将详细介绍开关磁阻电机的结构。
1. 基本结构开关磁阻电机由转子、定子、机壳、定位部件和速度传感器组成。
其中转子和定子之间没有电气连接，靠磁阻力实现转矩传递。
转子由铁心、磁性材料和通电绕组组成。
定子由铁心、固定绕组和控制绕组组成。
机壳由铝合金材料制成，定位部件用于定位转子与定子之间的间隙，速度传感器用于检测电机转速和转向。
2. 转子结构转子一般采用圆盘形磁阻材料制成，其材料一般选择磁阻率高、居里温度高的材料。
转子的铁心结构分为单层和双层铁心结构。
单层结构铁心上有一层铁片组成，双层结构则在单层结构的基础上增加了一层环形铁心片。
这种结构有利于提高转子的扭矩和转速，并能降低热损失。
3. 定子结构定子由铁心和绕组组成。
绕组分为定子绕组和控制绕组，控制绕组用于产生旋转磁场，定子绕组与控制绕组相互作用，产生电磁感应力，从而产生转矩。
定子绕组的数量决定了电机的性能，一般采用奇数槽数量。
定子铁心上会安装固定绕组，该绕组是用于监测反电动势的，以保证电机稳定运行。
4. 控制部分开关磁阻电机要通过控制绕组来实现电机运行。
电机的控制电机通常采用空间矢量控制法及直接转矩控制法。
控制电路通过控制绕组的开关状态，使定子绕组与控制绕组形成一个旋转磁场，从而产生电磁力，实现电机的运行。
控制绕组在电机运行过程中消耗的电能很少，因此不会产生额外的电磁噪声和损耗，从而降低了电机的噪声和损耗。
总之，开关磁阻电机在结构上十分简单，但能够实现高效、可靠的驱动效果。
在家电、机床和交通等领域中得到了广泛应用。
未来开关磁阻电机将继续发展，其结构和性能方面将进一步提高。
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
开关磁阻电机讲解
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
βs表示(biǎoshì)定子齿极极弧宽度（角度）
精品资料
2.2 绕组(ràozǔ)磁链
2.2.1 一相绕组磁通
一相电路电压方程
忽略绕组电阻
uir d
固有(gùyǒu)机械特性
精品资料
基速以下，φ及i均随n减小而 增大，为限制(xiànzhì)φmax和i，
需要调 节电压Us和开关角θon，θoff。 保持恒转矩，固定θon，θoff， 斩波控制外加Us 电流限制(xiànzhì)CCC
电流PWM控制 电压PWM控制
Vg-Vf Us（有效宽度）
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(zhuàn zǐ)位置信号，使控
制器决定绕组导通和关断
精品资料
1.2 开关磁阻电动机的基本工作(gōngzuò) 原理
U R’
1
W’ 2'
V
2 W
U R’
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(tōng diàn)Nr次。 SR电动机的转速n(r/min)与电源输出频率f的关系
精品资料
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(suǒyǒu)功率损耗 开关动作瞬时完成 转子旋转角速度Ω=C
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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。
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。
以此类推，顺次给A→B→C→D相循环励磁，在惯性和轴向力的作用下，转子将一直逆着励磁顺序旋转，从而完成自同步运行。
同理若改变励磁顺序为C→B→A→D，则转子沿顺时针方向转动。
由此可以看出， SRM与直流电机不同，其运行方向与相电流方向无关，而仅与相绕组通电顺序有关。
图1-2开关磁阻电机调速系统构成初次以外，我还搜集了几种不同结构的SR 电机，分别有涡轮转子两相SR 电机，可控饱和两相SR 电机、常规结构三相6/4级SR 电机、三相6/8SR 电机、三相12/10级SR 电机、三相6/2级SR 电机、三相12/8级SR 电机、三相24/32极外转子SR 电机、五项10/8级短磁SR 电机、七相14/12极短磁路SR 电机，具体配图见报告末尾备注。
二． SRD 的物理方程与控制分析SRM 的双凸极结构及整个磁路的脉振性、高饱和、涡流、磁滞等非线性因素的存在，加上运行时的开关性，使得的SRM 精确分析极为困难【41,44】。
在此问题上，适度的简化模型显示了强大的优势。
首先，基于简化模型的假设如下【28，102】： 主开关电源的直流电压(±Us)不变； 忽略铁耗及相间互感；忽略功率开关自身的功耗，视为理想开关器件； 认为电机各相参数完全对称； 磁场不饱和。
在此基础上，我们可以得到SRM 运行的本质电磁和力学关系，写出其严密的物理方程[1,2,3,7]。
1.电路方程dtd i R U k k k k ψ+= (1-2)式中，U k ：第k 相绕组端电压；R k 、i k 、k ：第k 相绕组的电阻、电流和磁链。
2.磁链方程相绕组磁链可用相电感和相电流表示，即：()θ,k k k i ψ=ψ(1-3)式中，：转子位置角。
3.机械方程L e T D dtd JT ++=ωω(1-4) 其中：ωθ=dt d (1-5)602nπω=(1-6) 式中，ω：角速度；Te ：电磁转矩；L T ：负载转矩；J ：转动惯量；D ：摩擦系数。
4.机电联系方程单相单独工作时电机产生的电磁转矩为：'21|2ph i const L T i ωθθ=∂∂==∂∂(1-7)且 ： di ki k ⎰ψ=0'ω(1-8)式中，'ω：相绕组磁共能。
由电路方程，可求得简化模型下的相电流解析式为：kk ()U i f θω=(1-9)其中，f(θ)为电机本体参数、开通范围及转子位置角的函数。
因此，可得到m 相电机的平均电磁转矩为：22/2/2221()224rrN N rr av mN mN U LLT i d f d ππθθθπθπωθ∂∂==∂∂⎰⎰(1-10)5. 机械特性方程如果开通区间和给定电压固定，则式(1-10)中积分部分为定值，由此得到SRM 固有机械特性为：2av kT ω=(1-11)式中，k 为比例系数。
将式1-11变形可得：ω=(1-12)由此可明显看出，SRM 可调速参数较多，分别为：相绕组电压Us 、开通角onθ和关断角off θ。
根据调节参数的不同，可将SRD 常见调速方式分为三种[1,53,58,59]斩波控制方式(Current Chopping Control ，简称CCC)；角度位置控制方式(Angular Position Control ，简称APC)；和电压控制(VoltageControl ，简称VC)，其中VC 常采用电压PWM （Pulse Width Modulation ，简称PWM ）方式，如图1-3所示。
三种调速方式中，CCC 常用于基速以下的恒转矩区，通过电流斩波限来限制其启动电流。
APC 则适用于基速以上的恒功率区，因旋转电动势较大，开关器件导通的时间较短，电流较小，可通过APC 方式增大on θ来补偿电磁转矩。
电压PWM 方式通过调节绕组电压平均值，间接调节并限制绕组电流，适用于整个调速范围。
下图 1-4 a)- c)分别为各调速方式的控制框图。
rb sc图1-3 SRD 常见调速方式应用为使SRD 工作于最佳状态，需结合不同的调速方式选择合适的控制策略。
目前较常用的有传统PI 控制[17]、模糊控制【4,30】、滑模控制【33】及其组合控制【34,35】等。
由于其电机的强耦合和非线性等特性，传统控制无法满足系统高性能的要求，智能控制正逐步应用于SR 电机控制领域，很多学者致力于该方面的研究，如自适应控制【27,28，31】、反馈线性化控制【59】、人工神经网络控制【43，45】等。
三．SRD的控制方式以及运行状态开关磁阻电机在运行时，有三种物理状态：1．起动2．稳态运行3．制动控制开关磁阻电机稳态运行时,控制方式有三种,分别是电流限制CCC控制/电流PWM控制、电压PWM控制，其三种手画图分别为图a、图b、图c。
图a图b图c四．SRD电机的优缺点优点：1.SRD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2.电机结构简单，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。
3.转矩与电流极性无关，单向电流激励。
4.对转速限制小，可以制成高速电动机5.通过对电流的通段、幅值控制，满足不同服在要求的机械特性6.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：1.有转矩脉动转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，切有双凸级结构和磁路非线性，合成转矩不是恒定转矩，有一定的谐波分量2.噪声与振动大3.出线头多五．SRD电机性能、应用以及研究现状与发展前景自1842年，英国的Aberdeen和Davidson的开关磁阻电机运行理念诞生以来，经过100多年的技术准备，1967-1970年出现了世界上第一台SRM的雏形[28]与传统交直流电机相比，整体效率高10％以上；功率因数空载时可达0.995，满载时可达0.98，结构简单、性价比高、性能可靠、调速范围宽、运行效率高、可控参数多，控制灵活方便，允许频繁起停，起停次数可达1000次/小时，转速不受负载大小变化的影响，具有很高的效率[17,18]。
因而上世纪80年代以后，开关磁阻电机得到迅速发展，日新月异【5~8,10~11】。
目前国内外已有许多公司分别推出了其商品化的开关磁阻电机产品，代表性产品如下表1-1所示【28,36,60,73,87,88】。
表1-1 SRD代表性产品或样机Table 1-1 Representative Products of the SRD中国于1984年跟踪英国的研究成果，在借鉴国外经验的基础上，开关磁阻电机的研究进展很快【13,14】。
目前华中科技大学在“九五”项目中研制出了SRD 电动车，“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车，南京调速电机厂已与与北京纺织机械研究所合作研制成功3kW的SRM。
近年来，我国已研制了50W-50KW、20多个规格的工业产品样机，应用于刨床、煤矿牵引、纺织、冶金、机械、运输、电动车驱动、航空、和家用电器等领域【5~8,10~11】。
现已开始新型SRM 电机的研究【101】如DSPM电机、电励磁双凸极发电机、磁浮开关磁阻电机【22】、无轴承开关磁阻电机【93】等，并取得了一定研究成果。
在SR电机的理论研究上，主要集中于控制、仿真、设计理论和电磁数值分析等方面，代表单位有南京航空航天大学、华中科技大学，华中理工大学、华南理工大学、东南大学、西安交通大学、浙江大学、清华大学、中国矿业大学、北京纺织机械研究所，上海电科院、西安微电机研究所等[39,42,47,52,57]。
作为一新型电机调速系统，SRD涵盖了电力电子、电机、微机、控制工程、控制机械等知识领域。
目前SRD还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点【55,56】，在理论和应用上仍需进行深入研究，主要有以下方面：SRM仿真模型的建立【52】； SRD现代控制理论及控制参数优化研究【29,41,81,102,106】；转矩脉动及振动噪声问题研究【15,50,69,82】；实用无位置传感器方案的研究【65,66,97】；新型电机结构的研究【85,86】；电机优化设计【37,67,68,107】；电机铁耗、效率分析【70,71,96】；SRD中电机、功率变换器及控制器三者之间的总体优化设计等【72,99】。
由此可见开关磁阻电机的发展前景还是十分广阔的。
备注：。