SRD开关磁阻电动机及其控制
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。
开关磁阻电动机2011
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式中，等号右边第一项为平衡绕组中变压器电势 的压降；第二项为电阻压降；第三项为旋转电势所 引起的压降，它只有在电感随转子位置而变时才存 在，其方向与电感随转子位置的变化率有关：当电 感随口角的增大而增大时为正，当电感随口角的增 大而减小时为负。 在开关磁阻电机中，为获得较大的有效转矩应避 免产生制动转矩，在绕组电感开始随转子位置角口 的增大而减少时应尽快使绕组中电流衰减到零。
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一、开关磁阻电动机控制方式和运行特性 由于开关磁阻电机是一个复杂的非线 性系统，它的电流和转矩受许多因素 的制约，性能计算颇为繁复。
1.电流控制
2.转矩控制
3.转矩脉动和噪声控制
SR电机的运行特性
SR电机运行特性可分为三个区域：恒转矩区、 恒功率区、自然特性区(串励特性区) 。 在恒转矩区，由于电机转速较低，电机反电动 势小，因此需对电流进行斩波限幅，称为电流斩 波控制(CCC)方式，也可采用调节相绕组外加电 压有效值的电压PWM控制方式； 在恒功率区，通过调节主开关管的开通角和关 断角取得恒功率特性，称为角度位置控制(APC) 方式； 在自然特性区，电源电压、开通角和关断角均 固定，由于自然特性与串励直流电机的特性相似， 故亦称为串励特性区。Biblioteka 相电感、转矩随转子位移角的变化
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理
半导体器件应用网
/news/192430.html SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理【大比特导读】SRD开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Driver,简称SRD)是磁电机自动化控制技术为基础的机电一体化产品。
它由开关磁阻电动机
与智能电机控制器(驱动器)两部分组成，是继直流电动机、交流异步电动机变频
驱动系统之后发展起来的新一代无极驱动系统。
系统概述
SRD开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Driver,简称SRD)是磁电机自动化控
制技术为基础的机电一体化产品。
它由开关磁阻电动机与智能电机控制器(驱动器)两部分组成，是继直流电动机、交流异步电动机变频驱动系统之后发展起来的新一代无极驱动系统。
系统原理
半导体器件应用网
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理(如图1所示)。
电机内安装有位置传感器，控制器由功率电路和控制电路等单元组成。
工作状态下(如图3所示)，通过控制相绕组的电子开关S1、S2的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。
工作时磁场示意图(如图4所示)
电机结构
SRD电机是定子、转子双凸极可变磁阻电机，定子、转子均由高性能冷轧硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有中绕组，如图2所示。
开关磁阻电机控制系统设计
摘要开关磁阻电机调速系统是一种新型电机调速系统，结构简单，成本低，调速性能优异，是传统交、直流电机调速系统的强有力竞争者，具有强大的市场潜力。
本文以DSP为控制核心，研究并设计了15kW三相12/8极SRM的调速实验系统，用于SRM控制技术的研究。
本文概述了开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD)及其发展和研究现状，论述了其主要研究方向，阐述和分析了开关磁阻电机的结构、运行原理以及系统控制。
并且对SRD系统总体硬件结构进行了设计。
采用不对称半桥型结构，在进行了相关功率器件选型计算的基础上设计了该SRD调速实验系统的功率变换器。
然后，以TMS320LF2407为核心设计了开关磁阻电机控制系统的硬件电路，给出了包括电流检测、位置检测、故障保护等部分电路的详细设计，充分利用了DSP的丰富外设资源，达到了简化电路结构、提高运行可靠性的目的。
另外本文讨论了开关磁阻电机控制软件的设计，采用模块化编程方法，采用基于多中断的控制程序，提高了控制软件的效率。
最后，利用MATLAB/SIMULINK对上述12/8极开关磁阻电机调速系统建立了非线性仿真模型，并对该系统进行了仿真实验，实现了调速，并达到了开关磁阻电机调速系统研究和设计的预期目标，验证和深化了前文所取得一些理论成果，同时也为更近一步研究打下了基础。
关键词：开关磁阻电机；调速系统；DSP；MATLAB/SIMULINK；仿真ABSTRACTSwitched Reluctance Drive system is a new motor drive system. It has many good features for example simple structure, low cost and excellent driving performance. It's the strongest competitor to traditional AC and DC drive system, so it has powerful future.This paper developed a speed experimental system for a 3-phase 12/8-pole SRM of 15 kW based on TMS320LF2407 DSP, which can be used for the technical research on SRM control.The thesis summarizes the development and research of switched reluctance drive (SRD), discusses the main research direction. The structure of SRM, operation principle, and the control scheme of the SRD are elaborated and analyzed. And the whole structure of hardware is schemed out for the SRD speed experimental system. Adopting the dissymmetry half-bridge structure, a power converter is designed for the system after selection calculation of the corresponding devices. Then, TMS320LF2407 DSP is used to design the hardware circuits of SRM control system, and design details including the current detection, position sensing, fault protection and PWM output etc. are provided. Because of the full use of the abundant peripheral resources of DSP, it comes to the aim simplifying the circuit structure and heightening the reliability. Also, the thesis discusses the routine designing issue. Because the modularized programming method is adopted, and multi-interrupt processing technique is used, operation efficiency of the control software is highly raised. At last, with the MATLAB/SIMULINK a nonlinear simulation model for the foregoing 12/8-pole SRM control system is established. And the simulation experiments have been done on this model. Speed adjustment is realized, and other targets on the research and design of SRM control system are reached, which establishes a good foundation for further research.Keywords：Switched Reluctance Motor; Drive System; DSP; MATLAB/SIMULINK；Simulation目录1 绪论 (1)1.1开关磁阻电机的发展概述 (1)1.2开关磁阻电机调速系统组成 (2)1.3开关磁阻电机调速系统研究现状和方向 (2)1.4本文研究的内容 (4)2 开关磁阻电机原理 (5)2.1开关磁阻电机的基本结构和运行原理 (5)2.1.1电机结构 (5)2.1.2运行的原理 (6)2.1.3电机的基本方程 (7)2.2开关磁阻电机调速系统的基本控制方式 (8)2.2.1角度控制方式(APC) (9)2.2.2电流斩波方式(CCC) (10)2.2.3电压斩波PWM控制方式 (11)2.2.4组合控制 (13)2.3系统控制方式及控制策略的确定 (13)3 SRD调速实验系统硬件设计 (15)3.1 SRD系统设计方案 (15)3.2基于TMS320LF2407控制器的SRD系统硬件结构设计 (16)3.3功率变换器设计与选型 (18)3.3.1功率变换器主电路的选择 (19)3.3.2功率开关器件的选择及参数计算 (19)3.3.3 IGBT驱动电路的设计 (21)3.4控制、检测和保护电路的设计 (22)3.4.1转子位置检测 (22)3.4.2 PWM输出电路 (23)3.4.3电流检测电路 (24)3.4.4故障检测与保护电路 (25)3.4.5键盘与显示电路 (27)4 软件设计 (29)4.1总的设计思路 (29)4.2主程序设计 (29)4.2.1初始化子程序 (29)4.2.2键盘和显示子程序 (31)4.2.3功率驱动保护子程序 (32)5 SRD系统仿真 (34)5.1基于MATLAB/SIMULINK的SRD非线性仿真模型的建立 (34)5.2 CCC方案下SRD仿真模型 (35)5.3 仿真结果 (40)6 总结 (45)参考文献 (46)翻译部分 (48)中文译文 (48)英文原文 (57)致谢 (68)1 绪论开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，SRD)是80年代中期发展起来的新型调速系统[1]。
开关磁阻电机及其控制系统
DRIVE2=PWM1*CHOPIA*PHASE2+PWM1*CHOPIB*PHASE2
DRIVE3=PHASE3*PWM2
DRIVE4=PHASE4*PWM2
DRIVE5=PWM1*CHOPIA*PHASE5+PWM1*CHOPIB*PHASE5
DRIVE6=PHASE6*PWM2 U2分为两部分，一是S1、S2两路转子位置信号经过异或逻辑后产
开关磁阻电动机/发电机模式示意图
a 励磁阶段电流流向
SRG电路工作示意图
b 发电阶段电流流向
SRG系统的一般构成
结束
1.0 83 80
电动机容量/体积
1.0
0.9
控制能力
1.0
0.5
控制电路复杂性
1.0
1.8
可靠性
1.6
0.9
噪声/dB
65
72
>1.0 0.9 1.2 1.1
72
8.2 开关磁阻电动机的控制方式
SRD系统的控制方式是指电动机运行时如何通过一定的 控制参数进行电机的控制，使得电动机达到给定的转速值、 转矩值等运行工况，并保持较高的效率。和大多数其他电 动机不同，SRD系统中，可以说，没有控制就没有SR电机， 因为没有对电机绕组通电顺序的选择与控制，电机是不会 运行的，不像其他电机，即使没有控制装置，电机是可以 启动运行的，只不过其运行的方式一般比较单一，可控性 差而已。
定、转子相对位置及相绕组电感曲线
数学模型：（电压方程）
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开关磁阻电机控制策略
开关磁阻电机控制策略研究摘要：开关磁阻电机驱动系统（SRD）是近20年得到迅速发展的一种交流调速系统。
其结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点而具有相当的竞争力。
本文首先介绍了开关磁阻电机控制策略的研究现状和趋势，推导了开关磁阻电机的数学模型，然后详细介绍了两步换相控制、基于转矩分配函数的转矩控制、智能控制、直接瞬时转矩控制等控制策略。
又基于Matlab/Simulink仿真验证了开通角、关断角对电机电流转矩的影响，最后得出以转矩为控制对象的新型控制策略仍将进一步发展。
关键词：开关磁阻电机；转矩分配函数;直接瞬时转矩控制；Control Method of Switch Reluctant Motor‘Abstract：Switched reluctance motor drive system (SRD) is a kind of ac speed regulating system with nearly 20 years rapid development 。
Its simple structure，reliable operation, high efficiency and low cost advantages are quite competitive.This dissertation first introduces the research status and the control strategy of the switched reluctance motor trend, the mathematical model of the switch magneto is deduced，and then introduced the two—step commutation control，based on the torque distribution function of torque control, intelligent control，direct instantaneous torque control and so on.And based on the Matlab/Simulink ，the influence of the opening Angle, shut off the Angle to the motor torque were verified，finally concluded that the new control strategy will continue to develop further with the torque as the object.Key words: switched reluctant motor; torque share function ；direct instantaneous torque control(DITC)1引言开关磁阻电机结构简单、成本低廉、坚固耐用、可靠性高；调速范围宽和启动性能优［1-3］。
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。
开关磁阻电动机控制技术分析
开关磁阻电动机控制技术分析发布时间：2021-04-23T09:15:09.770Z 来源：《科学与技术》2021年3期作者：秦松平[导读] 开关磁阻电动机，有其强大驱动系统，秦松平哈尔滨电气集团佳木斯电机股份有限公司黑龙江佳木斯 154002摘要：开关磁阻电动机，有其强大驱动系统，该结构能发挥出较为优异的控制应用性能，而在驱动系统中，各项设备模块共同组成驱动体系，帮助电动机能在较高控制效果下，完成各类操作。
SRD驱动系统属全新调速型系统，相比于直流驱动、交流驱动，调速驱动能具备稳定性强、操作失误率低等优势，且具备较大发展空间，所以对其控制技术加以研究，有其必要性。
关键词：开关磁阻；电动机；控制技术1 开关磁阻电动机其应用特征当作为调速驱动而进行使用时，电动机应具备一定特征，确保驱动系统能保持相对稳定状态，维持较高应用效率。
第一，电动机其结构简单且坚固。
电动机中转子是依靠硅钢片进行叠压形成，而定子线圈需要采用集中绕组方式，由此整个电动机结构凭借简单工艺，可更好作用于不良环境，如高温、强振动等。
第二，电动机能够作用的调速范围较广，并且操作灵活，便于电动机完成各类特殊需求下的机械使用途径，并且在宽广转速下，电动机可取得更高运行效率，所以电动机可完成多数控制需求工作。
第三，电动机损耗主要源自定子，转子因为并不具备永磁体，所以可在温升情况下依旧保持良好效率进行运作，而电动机整体降温冷却效率较高，因此电动机能在较大弹性环境下完成相关应用。
不同的应用特征都将影响电动机实际运作效率，但电动机整体硬件性能优异，可以在不良环境中完成调速结果，由此可在舰船等作业环境下，有极大应用优势。
2 SRD微机控制的硬件设计2.1 结构设计电动机及其相关设备，是开关磁阻的重要部分，其结构简单，对比异步电动机，设计因素更简洁，由此在功率变换器上也具备简单电路结构，所以其设计、制造成本很低，能拥有较大应用性价比。
但电动机实现控制，主要还要参考相关运行条件，所以当不同种类转子其位置发生改变时，绕组开关器件还易发生通断行为，为保持电动机性能稳定，需要对其结构加以完善设计。
开关磁阻电动机的原理及控制研究
开关磁阻电动机的原理及控制研究随着我国经济的快速发展，开关磁阻电动机在我国得到了广泛的发展和应用。
本文针对开关磁阻电动机的原理及控制策略进行研究，为了得到较高的效率，将斩波信号出现位置和电感开始上升区位置之间的关系进行处理从而优化开通角，综合考虑电机的输出力矩，设计一套开关磁阻电机纯硬件控制调速系统并通过实验验证。
标签：开关磁阻；电动机；原理及控制策略1 SR电动机的原理1.1 众所周知，SR是一款双凸极结构电机，主要由定子和转子两大部分组成。
在定子齿极上绕有比较集中的线圈（即定子绕组），空间相对的两个极上的线圈可并联或串联构成一相绕组，用来提供工作磁场。
而转子上却没有线圈。
这是SR电机区别于其他电机的主要特点之一。
当转子极数和定子极数构成不同搭配时，会得到不同相数的SR电机。
譬如有单相、两相、三相、四相等等。
相数越大，转矩脉动越小，但成本越高。
相对来说，双相的SR电动机要比单相的好一些，因为它在一定程度下可以有自启动能力。
然而，为什么常见的SR电动机都是三相或者三相以上的呢？主要是因为低于三相的SR没有自启动能力。
SR电机的持续工作是基于”磁阻最小原理”。
为了让它良好的持续运行，避免出现单边磁拉力和减小转矩脉动，在选择电机时应满足以下几点：①应尽量让定子和转子齿槽数相等且为偶数。
这样不仅可以加大定子相绕组电感随转角的平均变化率，而且还可以提高电机出力。
②一般选用极数和相数越多的电机。
以下是以三相6/4极SR电动机为例来说明SR电动机工作原理的过程，如图1，图2 ，图3的运转过程。
1.2 开关磁阻电机调速系统基本构成开关磁阻电机调速系统主要由功率变换器、控制器、电流和位置检测器以及开关磁阻电机组成。
SR电机是将电能转换为机械能再给负载提供动力，它结构简单，转子上没有绕组和电刷，却有很好的调速性，因而在很多实际应用中代替无刷直流电机和三相异步电机。
功率变换器是由工作于开关状态的电力电子器件所组成，通过控制大功率开关器件的通断，可以调节输出到电机各相绕组上的PWM电压波形，从而改变加在SRM上的供电电压。
电动汽车开关磁阻电机驱动控制系统
电动汽车开关磁阻电机驱动控制系统开关磁阻电机驱动（Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD）系统是一种新型的开关磁阻电机调速系统，主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测器等几部分组成。
开关磁阻电机驱动系统兼有交流调速系统和直流调速系统的优点，结构简单、坚固耐用、可控参数多、控制方式灵活、可得到多种机械特性，在宽广的调速范围内均具有很高的效率，因此在工业电气传动、自动化控制和航空航天等领域均有着十分广阔的应用前景。
1 开关磁阻电机控制系统的结构开关磁阻电机驱动系统主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测器等几部分组成。
开关磁阻电机是SRD系统中实现机电能量转换的部件；功率变换器的作用是将电源提供的电能经适当转换后提供给开关磁阻电机。
控制器则是SRD系统的中枢，它综合处理速度指令、速度反馈信号以及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，从而实现对电机运行状态的控制，使之满足预定的运行要求；检测器包括电流检测和位置检测两部分，其中电流检测用以实现系统的电流反馈，位置检测则是通过检测定、转子的相对位置，来确定对相应绕组的换相操作和计算转速。
2 电动汽车开关磁阻电机驱动控制系统1/ 42.1 系统硬件以及组成设计首先应将位置信号确定为频率信号，而将电流信号全部模拟成相应的电压信号，再经过A/D专业转换之后再进行输入；对于开停信号还有各种保护信号等都需要在对进行相应的外围电路处理之后，让它逐渐转变成为开关信号，然后经I/O口输入。
需要注意的是，在信号输出过程中，相触发信号又被称作开关信号，而其余各种指示信号又被称作开关信号，所以在实际的运作过程中，我们可以使用单片机的I/O来进行信号输出。
位置传感器中的信号输入电路能够将电动机位置上的传感器所发出的信号波形，经过相应的整形转换在输进专用的8751单片机之后进行有效实现：①利用传感器波形来对电动机转子位置进行有效确定，从而对电动机通电相序进行有效控制；②利用传感器波形来对电动机运行过程中的实际转速进行有效确定，从而进行有效的PID运算。
SRD开关磁阻电动机及其控制
（三）控制器(controller) 控制器
作用（ ）：综合处理位置检测器、电流 作用（function）： ）： 检测器提供的电机转子位置、速度和电流等反馈 （backfeed）及外部输入的命令（external input command），实现对SR电机运行状态的控制。 构造： 构造：由微机或数字逻辑电路（digital logic circuit）及接口电路（interface circuit）构成。 要求控制器具有如下性能（performance）： 1）电流斩波控制（chopper control）； 2）角度位置控制（angle-position control）； 3）起动（start）、制动（brake）、停车及四象 限运行（four quadrant operation）； 4）速度调节（speed regulating）。
VR（Variable reluctant motor）步进电机(step motor)： 工作于开环(open-loop)状态，无转子位置反馈，只有 相电流反馈。多用于伺服控制系统(servo control system)（小功率），对步距精度要求很严，对效率 指标要求不严，只作电动状态运行(motoring mode of operation)。一般只通过调节电源步进脉冲 (stepped pulse)的频率来调节转速
三、开关磁阻电动机传动系统的特点
1、开关磁阻电动机的两个基本特征（basic features） 1）开关性（switch） 2）磁阻性 （reluctance） 2、开关磁阻电动机传动系统（drive system） 的特点
SR电机与 步进电机的主要区别 电机与VR步进电机的主要区别 电机与
SR电机：实质上是一种高速大步距的磁阻式步进 电机。它们的基本结构和原理相同。 利用转子位置反馈信号运行于自同步状态，相绕 组电流导通时间与转子位置有严格的对应关系。 多用于功率驱动系统，对效率指标(index)要求很 高，功率等级可达数百千瓦或数千千瓦，可运行 于发电状态。可控参数(controllable parameter)多， 既可调节主开关管的开通角和关断角，也可采用 调压或限流控制(current limited control)。
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理SRD (Switched Reluctance Drive) 开关磁阻电机驱动系统是一种采用交绕、直流偏置磁通和数字控制技术的新型电机驱动系统。
相比于传统的电机驱动系统，SRD系统具有简单的结构、高效的转换特性和灵活的控制模式。
本文将通过以下几个方面介绍SRD开关磁阻电机驱动系统的控制原理。
1.SRD系统的基本结构2.SRD系统的工作原理SRD系统在运行时，通过控制定子线圈的电流方向和大小来控制电机的转矩和转速。
当定子线圈通电时，在铁心片之间产生磁场，吸引转子中的铁心片。
通过改变定子线圈的电流方向和大小，可以控制吸引和排斥转子铁心片的力，从而控制电机的转矩。
3.SRD系统的控制模式SRD系统采用数字控制技术，可以灵活地选择不同的控制模式。
常见的控制模式包括速度闭环控制、转矩闭环控制和位置闭环控制。
速度闭环控制通过测量电机的转速，并根据设定值调整电流的大小和方向来控制转速。
转矩闭环控制通过测量电机的转矩，并根据设定值调整电流的大小和方向来控制转矩。
位置闭环控制通过测量电机的位置，并根据设定值调整电流的大小和方向来控制位置。
4.SRD系统的控制策略SRD系统采用先进的控制策略，如模糊控制、PID控制和自适应控制。
在速度闭环控制模式下，可采用PID控制策略，根据转速误差和误差的变化率来调整电流的大小和方向。
在转矩闭环控制模式下，可采用自适应控制策略，根据转矩误差和电流的变化率来调整电流的大小和方向。
在位置闭环控制模式下，可采用模糊控制策略，根据位置误差和电流的变化率来调整电流的大小和方向。
5.SRD系统的优势SRD系统相比传统的电机驱动系统具有以下几个优势：首先，SRD系统结构简单，易于制造和维护。
其次，SRD系统具有高效的转换特性，能够实现高转矩密度和高效能的特点。
此外，SRD系统的数字控制技术使其具有灵活的控制模式和优秀的控制性能。
总结：SRD开关磁阻电机驱动系统通过控制定子线圈的电流方向和大小来控制电机的转矩和转速，并采用数字控制技术实现灵活的控制模式。
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。
开关磁阻调速电动机(SRD)介绍
SRD同几种工业常用的调速系统比较 系统类型 电磁调速 直流电机 交流变频 比较项目 系 统 系统 系 统 成 本 0.8 1.0 1.5 效率（％） ： 77 76 75 额定转速 65 65 38 1/2 额定转速 单位电机体积的功率 0.8 1.0 0.9 控制能力 0.3 1.0 0.5 控制单元复杂程度 0.2 1.0 1.8 可 靠 性 1.3 1.0 0.9 噪 声（dB） 69 65 74
优点：工作可靠； 成本低廉； 转速调节快；
转速范围大，高效区宽； 不使用稀土。
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三、SRD的应用
3、机床：龙门刨床、电动螺旋压力机、液压泵站
优点：频繁起停和正反转；
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快速的转速变化能力；
过载倍数大；
节电效果显著。
三、SRD的应用
4、风机泵类：空气压缩机、水泵、旋转喷射泵
二、SRD的结构与性能特点
5、极快的动态响应时间
主 要 特 点
n (rpm)
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 50 100 150 200 250
n (rpm)
2000
两 种 输 入 电 输入220v--P=15压 输入380v--P=10下 的 速 度 曲 线 对 比 300 350 400
二、SRD的结构与性能特点
3、高起动转矩、低起动电流 ——150%TH时30%IH
适用于频繁起制动和正反转
8
特别适合重载起动和频繁起动的机械
二、SRD的结构与性能特点
4、四象限可逆调速——完全对称的特性
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特别适合于车辆牵引、提升机、绞车等
开关磁阻电机驱动(srd)系统概述
电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Tech no l ogy & Software Engineering 开关磁阻电机驱动(SRD)系统概述文/尚巍(上海齐腾驱动技术有限公司 上海市201208 )摘 要：本文针对各类型电机的发展历史以及各种电机驱动技术泊情况展开分析，结合其应用的性能提出相关的应用措施和技术方向,明确了高效节能电机特别是SRD 技术的优缺点和未来发展方向，希望能推动驱动高效节能电机产业的发展。
关键词：开关磁阻电机；高效节能电机；磁性材料；磁路设计；驱动技术1高效节能电机发展之路最早发明的有刷直流电机(DCM)和有刷交流电机(ACM),己经有100多年历史了，直到现在还因为价廉可靠、技术成熟等优点，在市场中占据很大份额。
但未来趋势肯定是高效节能电机，并且正逐步的蚕食传统电机的市场，分为如下几个阶段：第1阶段：改进的交流异步感应电动机(ACIM)。
廉价可靠，直至现在世界各国还在改进和应用，能效标准也从IE1提高IE4。
例如特斯拉第一代就是应用了铜转子技术的ACIM ；第2阶段：额外加装变频器，成为“变频电机”.这个也是世界上大量应用的廉价产品，但是其核心技术仍然是基于ACIM ；第3阶段：使用永磁体作为励磁能源的来源，大大提高了效率。
细分为正弦波电流永磁同步电机(PMSM),矩形脉冲波电流的无 刷直流电机(BLDC)。
如果按照永磁体材料分类，又可分为铁氧体和稀土材料电机，广泛的应用在电动汽车、绝大部分高效电机应用等场合；第4阶段：开关磁阻电机(SRM)。
其实也有100多年的历史了，但是受限于驱动器一直没有广泛应用，直到近些年随着电力电子技 术和半导体技术的飞速发展，突破了驱动技术的瓶颈，才真正发挥 出了他的优势，而且随着研究的深入，其优势越来越明显，大有取代ACIM 、PMSM, BLDC 的趋势。
典型应用如美国联邦快递与政府合作大规模推广应用的SRD 物流车，宝马新一代X-Driver 技术 电动汽车，新一代特斯拉电动汽车等。
开关磁阻电机及其驱动控制系统 SRD 特种电机及其控制教学PPT学习教案
SR电机的无位置传感器控制 SR电机的振动、噪声研究 无轴承SR电机研究（磁悬浮） SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机
等
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2.2 SR电机基本方程与性能分析
+
R1
i1
u1
d1/dt
-
+
Rm t...1 im
um
dm/dt
-
耦合磁场
不计磁滞、涡流及绕组间互感时， m相SR电 机系统 示意图 J—转子与负载的转动惯量 D—粘性摩擦系数 TL—负载转矩
变化趋势：结构一定，在θon和θoff不变时
q1 0 q2 q3 q0 q4 q5
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SR电机绕组电感的分段线性解析式：
Lmin
L(q
)
K (q
Lmax
-q2)
Lmin
Lmax - K (q -q4 )
q1 q q2 q2 q q3 q3 q q4 q4 q q5
特征：随定、转子磁极重叠的增加和 减少， 相电感 在Lmax 和Lmin之间线性地变化 。 Lmin为定子磁极轴线对转子凹槽中心时的电感 , Lmax定子磁极轴线对转子磁极轴线的电感 。
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2.1.6 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
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SRD的研究方向
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
SR电机的控制策略研究：
最优控制，减小转矩脉动、降低噪声
具有较高动态性能、算法简单、可抑制参数变化、扰动 及各种不确定性干扰的新型控制策略
任务五 开关磁阻电机(SRD)
开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。
2 开关磁阻电机发展历史
2.1 SRD机械结构
2.2 电动机定、转子实际结构
下面通过一个 开关磁阻电动 机原理模型来 介绍工作原理
电机的定子铁芯有六个齿极，由导磁
良好的硅钢片冲制。
电机的转子铁芯有四个齿极， 由导磁良好的硅钢片冲制。
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。
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时间与转子定子间的 相对位置直接相关，故电机还装有转子位置检测装置为准时开关各相线圈电流提供依据，何 相线圈何时通断必须根据转子转到的位置与控制参数决定。
3.2 SRD交流电机控制原理
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。 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，产坐一个单相磁场，其分铀要遵循“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
电源
功率变换器
SR电动机
负载
控制信号
电流检测 位置检测 控制器
任务五 开关磁阻电机结构与原理
Switched Reluctance Motor
1.1 两类不同原理的电动机
电机可以根据转矩产 生的原理划分
电磁作用原理产 生转矩的电机
磁阻变化原理产 生转矩的电机
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电源
功率变换器
SR 电动机
负载
控制信号
电流检测 位置检测 控制器
（一）开关磁阻电动机SRM
1、工作原理：遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径 （maximum path）闭合的原理，产生磁场拉力形成 转矩——磁阻转矩（reluctance torque）。 2、结构（configuration）：一般采用凸极定子 （salient stator）和凸极转子（rotor）。
command），实现对SR电机运行状态的控制。 构造：由微机或数字逻辑电路（digital logic
circuit）及接口电路（interface circuit）构成。 要求控制器具有如下性能（performance）： 1）电流斩波控制（chopper control）； 2）角度位置控制（angle-position control）； 3）起动（start）、制动（brake）、停车及四象
限运行（four quadrant operation）； 4）速度调节（speed regulating）。
（四）位置检测器
向控制器提供转子位置及速度等信号 （signal），使控制器能正确地决定绕组的导 通（conduction/on）和关断（shut /off）时 刻。通常采用光电器件（photoelectric element）、霍耳元件或电磁线圈法进行位置检 测(detecting)。
定子装有集中绕组（concentrated winding）、直径（diameter）方向相对的两个绕组 串联（series）成为一相。
转子由叠片（laminated iron sheet）构成。无绕 组、无换向器（commutator）、无集电环(slip ring)。
SR电机结构与原理
结构特点：
依次给A-B-C-D绕组通电，转 子逆励磁顺序方向连续旋转
电机原理演示
VV’ 相通电→2-2’ 与V-V’ 重合
UU’相通电→1-1’ 与U-U依’重合次给U -V-W-R绕组通WW电’ 相，通电→3-3’ 与W-W’重合 转子逆励磁顺序方向连续旋转
RR’相通电→ 1-1’ 与R-R’重合
UU’相通电→ 2-2’ 与U-U’重合
二、开关磁阻电动机的工作原理
(work principle)
当控制器接收到位置检测器提供的电动机内各相 定子齿极与转子齿极相对位置信息，向功率变换器
发出命令。每改变通电相一次，定子磁场轴线移动
2π/NS，转子则每次转过 Гr/ m 。四相轮流(in turn) 通电一次，转子转过一个齿极距。若顺序给U、V、 W、R相通电，则转子按逆时钟方向连续转动。若 顺序给U—R‘—W‘—V’—U轮流导通，则转子按顺 时钟方向转动。故改变轮流通电的顺序(order)，就 可改变电动机的转向，而与通电电流的方向
12/8 极三相开关磁阻电动机
（二）功率变换器(power converter)
SRM电机运行时所需能量的供给者 ，是连 接电源（power supply）和电动机绕组的关 键部件（key component）。
（三）控制器(controller)
作用（function）：综合处理位置检测器、电流 检测器提供的电机转子位置、速度和电流等反馈 （backfeed）及外部输入的命令（external input
低于三相的SRM 没有自起动能力
（1） 2-phase 4 stator pole/2 rotor pole （2） 4-phase 8 stator pole/6 rotor pole （3） 3-phase 6 stator pole/4 rotor pole （4）5-phase 10 stator pole/8 rotor pole
开关磁阻电组成与原理 二）开关磁阻电机的基本电磁关系 三）开关磁阻电机的运行状态与控制方式 四）开关磁阻电机电磁设计与性能计算 五）开关磁阻电机控制系统组成
第一节开关磁阻电机组成与原理
一、开关磁阻电动机系统的组成 二、开关磁阻电动机的工作原理
（working principle） 三、开关磁阻电动机传动系统的特点（trait） 四、国内外发展概况和应用（application ）
SR电动机常用的相数与极数组合
相数
SR电机常用方案 34567
89
定子极数 6 8 10 12 14 16 18
转子极数 4 6 8 10 12 14 16
步进角(度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5
相数与转矩、性能关系：
相数越大，转矩脉动越小，但成本越高，故常 用三相、四相，还有人在研究两相、单相SRM
(orientation/direction)无关。
运行原理：磁阻最小原理
磁通总要沿着磁阻最小路径闭合，一定形状的铁心 在移动到最小磁阻位置时，必定使自己的轴线与主 磁场的轴线重合
A-A’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与A-A’重合 B-B’ 通电 ⃗ 2-2‘ 与B-B’重合 C-C’ 通电 ⃗ 3-3‘ 与C-C’重合 D-D’ 通电 ⃗ 1-1‘ 与D-D’重合
一、开关磁阻电动机的组成
开关磁阻电动机驱动系统SRD（Switched reluctance motor driven system）组成： 1）开关磁阻电动机SRM 2）功率变换器（power converter） 3）控制器（controller） 4）检测器 （detector）
SRD传动系统组成
开关磁阻电动机的工作原理
当控制器接收到位置检测器提供的电动机各相定子齿极与转 子齿极相对位置信息，向功率变换器发出命令。
1、双凸极 结构
2、定子集 中绕阻、绕 组为单方向 通电
3、转子无 绕阻
SR电动机定、转子实际结构
开关磁阻电动机的相数与结构
相数与极数关系
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为偶数(even number)。 2、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。