开关磁阻电机位置检测方法PPT课件
合集下载
开关磁阻电机PPT课件
当电机低速运行时，im很大，必须限幅
电流斩波控制方式 （CCC）
2.4 ψ-i曲线
得到SR电动机各部分的磁通、磁阻 不同转子位置角下的磁化曲线ψ＝f(i)。
φ
在线性模型中，电感L 仅是位置角θ的函数 而与电流无关，因此 对某一θ来讲， ψ＝ Li为一直线。
i
φ i
SR电机线性模型
2.5 转矩与功率
dt 2
2 dt
ui d (1 Li2 ) 1 i2 dL
d 2
2 d
ui d (1 Li2 ) 1 i2 dL
d 2
2 d
当开关导通，单位时间内输入电能ui 一部分增加磁场储能 (1 Li2 )
2
一部分转化为机械能 (1 i2 dL )
当开关关断
2 d
dL 0
d
dL 0
d
一部分转化为机械能 一部分磁场储能返回电源
波变化，不随电流改变
随电流改变。
四相8/6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
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
L(
)
K (
1)
Lmax
Lmin
1 1 1 2 2 3
Lmax K ( 1) 3 4
d d
《开关磁阻电机》PPT课件 (2)
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
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
9
下面通过一个开关磁阻电动机原理模型来介绍工作原理。
两类不同机理的电动机
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。
14
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。
15
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。
B
D'
2 定子上空间相对的两
VD1
1
3'
个极上的线圈串联或
并联构成一相绕组
Es
C2
2' C '
3 定子集中绕阻、绕组
VD2
3
1'
为单方向通电
D
B'
4 转子上无绕组
S2
A'
开关磁阻电机大学课件
特种电机及其控制
利用永磁体辅助起动的单相SR电动机
PM
PM
特种电机及其控制
2.1.4 SRD特点
1)电动机结构简单、成本低、适用于高速, 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简 单的鼠笼式感应电动机还要简单。
2)功率电路简单可靠 因为电动机转矩方向 与绕组电流方向无关，即只需单方向绕 组电流，故功率电路可以做到每相一个 功率开关。
i(q ) Us q -qon
Lmin
特种电机及其控制
2) 当q2q<qoff,L=Lmin+K(q-q2)，Us为+
Us
L di
dq
i dL
dq
[Lmin
K (q
-
q
2
)]
di
dq
iK
( Lmin
-
Kq
2
)
di
dq
Kq
di
dq
iK
ห้องสมุดไป่ตู้
( Lmin
-
Kq2 )
di
q1(q5) 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置
q2 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置
q3 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置
q4
转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 特种电机及其控制
SR电机绕组电感的分段线性解析式：
Lm in
L(q
)
K (q
Lm a x
-q2
)
Lm
in
Lmax - K (q -q4 )
特种电机及其控制
SRD特点：
3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统 从 电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相 互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转 矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组 和磁路共同作用下产生一个圆形旋转磁场， 电动机才能正常运转。
利用永磁体辅助起动的单相SR电动机
PM
PM
特种电机及其控制
2.1.4 SRD特点
1)电动机结构简单、成本低、适用于高速, 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简 单的鼠笼式感应电动机还要简单。
2)功率电路简单可靠 因为电动机转矩方向 与绕组电流方向无关，即只需单方向绕 组电流，故功率电路可以做到每相一个 功率开关。
i(q ) Us q -qon
Lmin
特种电机及其控制
2) 当q2q<qoff,L=Lmin+K(q-q2)，Us为+
Us
L di
dq
i dL
dq
[Lmin
K (q
-
q
2
)]
di
dq
iK
( Lmin
-
Kq
2
)
di
dq
Kq
di
dq
iK
ห้องสมุดไป่ตู้
( Lmin
-
Kq2 )
di
q1(q5) 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置
q2 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置
q3 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置
q4
转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 特种电机及其控制
SR电机绕组电感的分段线性解析式：
Lm in
L(q
)
K (q
Lm a x
-q2
)
Lm
in
Lmax - K (q -q4 )
特种电机及其控制
SRD特点：
3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统 从 电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相 互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转 矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组 和磁路共同作用下产生一个圆形旋转磁场， 电动机才能正常运转。
开关磁阻电机课件0416整理
开关磁阻电机课件20110416 整理
Still waters run deep.流静水深,人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望
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。
n 60 f ph Nr
f ph
Nrn 60
给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率 则为
fD
mNr n 60
结 论：
1、依次给A-B-C-A绕组通电，转子逆励磁顺序方 向连续旋转。改变绕组导通顺序，就可改变电机 的转向。
2、通电一周期，转过一个转子极距tr=360/Nr 3、步距角 qb=tr/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
相数与级数关系
Ns 2km Nr Ns 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为偶数。
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。
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
SRD的特点
❖ SR电机结构简单、坚固、维护量小 ❖ 功率变换器电路简单、可靠性高 ❖ 可以在宽广的速度和负载范围内高效率运行 ❖ 控制方便、灵活，易于实现四象限运行 ❖ 起动电流小，启动转矩大 ❖ 容错能力强，在缺相情况下仍能可靠运行 ❖ 转矩脉动大 ❖ 振动与噪声大
Still waters run deep.流静水深,人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望
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。
n 60 f ph Nr
f ph
Nrn 60
给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率 则为
fD
mNr n 60
结 论：
1、依次给A-B-C-A绕组通电，转子逆励磁顺序方 向连续旋转。改变绕组导通顺序，就可改变电机 的转向。
2、通电一周期，转过一个转子极距tr=360/Nr 3、步距角 qb=tr/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
相数与级数关系
Ns 2km Nr Ns 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为偶数。
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。
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
SRD的特点
❖ SR电机结构简单、坚固、维护量小 ❖ 功率变换器电路简单、可靠性高 ❖ 可以在宽广的速度和负载范围内高效率运行 ❖ 控制方便、灵活，易于实现四象限运行 ❖ 起动电流小，启动转矩大 ❖ 容错能力强，在缺相情况下仍能可靠运行 ❖ 转矩脉动大 ❖ 振动与噪声大
【优】磁控开关识别与检测最全PPT
霍尔器件
等效受控开关
通信技术专业教学资源库 广东轻工职业技术学院
谢谢
主讲：罗德宇
通信技术专业教学资源库 广东轻工职业技术学院
《移动终端技术与设备维修》 课程
磁控开关识别与检测
主讲：罗德宇
磁控开关识别
磁控开关在 中常常被用于 翻盖电路中，通过翻盖的动作，使翻盖上的磁铁控 制磁控开关闭合或断开，从而挂断 或接听 以及键盘锁定或解锁等。常见的磁控开 关有干簧管和霍尔元件。在实际维修中，如果干簧管或霍尔元件出现问题，常常导致 按键失灵。
为磁控管。如摩托罗拉V998、V8088等前板上都有干簧管。 在实际运用中，通常使用磁铁来控制这两根金属片的接通与断开，又称其为磁控管。
干簧管是利用磁场信号来控制的一种电路开关器件。 在实际维修中，如果干簧管或霍尔元件出现问题，常常导致 按键失灵。 常见的磁控开关有干簧管和霍尔元件。
磁控开关识别
2、霍尔元件 由于干簧管的玻璃罩易破碎，近年来多采用霍尔元件，其控制作用
在实际运用中，通常使用磁铁来控制这两根金属片的接通与断开，又称其为磁控管。
霍1、尔干场器簧件管时才接通；常闭等效式受控干开关簧管在平时处于闭合状态，有外加磁场时才断开。 在实际运用中，通常使用磁铁来控制这两根金属片的接通与断开，又称其 常开式干簧管在平时处于关断状态，有外加磁场时才接通；
霍尔元件是一种电子元件，外型与晶体管相似，但引脚宽度大，如图3-45 a所示，VCC表示电源，GND表示地，OUT表示输出。 常闭式干簧管在平时处于闭合状态，有外加磁场时才断开。
在实际维修中，如果干簧管或霍尔元件出现问题，常常导致 按键失灵。 霍尔元件是一种电子元件，外型与晶体管相似，但引脚宽度大，如图3-45 a所示，VCC表示电源，GND表示地，OUT表示输出。
开关磁阻电机1.ppt
运动电动势 (转子位置改变)
机械运动方程：
d2
d
Te
J dt2
D dt
TL
式中 Te——电磁转矩； J—— 系 统 的 转 动 惯 量 ； K——摩擦系数；
TL——负载转矩。
电磁转矩：
SR电机的瞬时电磁转矩Te可由磁共能Wc导出：
Te
Wc (i, )
磁共能的表达式为：
Wc i (i, )di 0
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
5、需要根据定、转子相对位置投励。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
相数与级数关系
Ns 2km Nr Ns 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为偶数。
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。
各种不确定性干扰的新型控制策略 – 智能控制策略
• SR电机的无位置传感器控制 • • SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等
2.2 SR电机基本方程与性能分析
+
R1
i1
u1
d1/dt
-
+
《开关磁阻电机》课件
关磁阻电机在电动汽车领域的应用也越来越广泛。
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。
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。
开关磁阻电机转子位置检测技术综述_一_
［1 ］ 性好、调速性能优异等诸多特点 。 传统的 SRM 转子位置检测 法 采 用 诸 如 光 电 编码
器、霍尔位 置 传 感 器 等， 称 作 直 接位 置 检 测 法。 由 于机械位置传感器的存 在，增 加 了 SRM 结构的 复 杂 性，影响了 SRM 调 速系统可 靠 性， 也 使 得 SRM 调 速系统的成本增加，阻碍了 SRM 在生产和生 活 中 的 广泛应用。为 了 克 服 这一 弊病， 国 内外 学 者开 始着 手研究开关磁 阻 电机 无 传 感 器 控 制 技术 及 其 他 转子
槡
( 24 )
槡
sinα = di / dt b iωN r cosα = b sinβ = di / dt c cosβ = 2 iωN r c
( 25 )
式中，对于激励相 i、U 均为实际测量值，当采样时
3期
吴红星等: 开关磁阻电机转子位置检测技术
· 83 ·
Δi 为连续两次采样电流差值，ω 为前次转速估 算值， 这样可 算 得 a、 b、 c、 α、 β 的 值， 再 由上 式 可 以 估 算出转子的实时位置。 ( 9 ) 状态观测器检测法 1986 年由 Lumsdaine 等 人 在 文 献［ 12］中 提出针 对 SRM 相电感与转子位置的 函 数 关 系 引 入 一个 状态 观测器进行转子位 置 估 计 的方 法， 原 理 框 图如图 13 所示。首先根据 电机的电 磁特 性 和 机械 特 性 建 立 电 机的线性 状态 方 程， 然后 选择 适 当 的 状态 变 量 ( 转 速、位置 角、 磁 链 等 ) 、 输 入 变 量 ( 电 压 ) 及输出变 量( 电 流 ) ， 建 立 由 SRM 本 身 固 有 的 状态 观 测 器 方 程，通过 检 测 电机 端 口 相 电 压 信 号 和 相 电 流 信 号， 就可以估计出转子的位置角。
器、霍尔位 置 传 感 器 等， 称 作 直 接位 置 检 测 法。 由 于机械位置传感器的存 在，增 加 了 SRM 结构的 复 杂 性，影响了 SRM 调 速系统可 靠 性， 也 使 得 SRM 调 速系统的成本增加，阻碍了 SRM 在生产和生 活 中 的 广泛应用。为 了 克 服 这一 弊病， 国 内外 学 者开 始着 手研究开关磁 阻 电机 无 传 感 器 控 制 技术 及 其 他 转子
槡
( 24 )
槡
sinα = di / dt b iωN r cosα = b sinβ = di / dt c cosβ = 2 iωN r c
( 25 )
式中，对于激励相 i、U 均为实际测量值，当采样时
3期
吴红星等: 开关磁阻电机转子位置检测技术
· 83 ·
Δi 为连续两次采样电流差值，ω 为前次转速估 算值， 这样可 算 得 a、 b、 c、 α、 β 的 值， 再 由上 式 可 以 估 算出转子的实时位置。 ( 9 ) 状态观测器检测法 1986 年由 Lumsdaine 等 人 在 文 献［ 12］中 提出针 对 SRM 相电感与转子位置的 函 数 关 系 引 入 一个 状态 观测器进行转子位 置 估 计 的方 法， 原 理 框 图如图 13 所示。首先根据 电机的电 磁特 性 和 机械 特 性 建 立 电 机的线性 状态 方 程， 然后 选择 适 当 的 状态 变 量 ( 转 速、位置 角、 磁 链 等 ) 、 输 入 变 量 ( 电 压 ) 及输出变 量( 电 流 ) ， 建 立 由 SRM 本 身 固 有 的 状态 观 测 器 方 程，通过 检 测 电机 端 口 相 电 压 信 号 和 相 电 流 信 号， 就可以估计出转子的位置角。
第12章 开关磁阻电动机PPT课件
术语开关磁阻电机体现了这种电机系统的两个基本特 征。 一是开关性， 电机各相绕组通过功率电子开关电路轮 流供电， 始终工作在一种连续的开关模式； 二是磁阻性， 电机定、 转子间磁路的磁阻随转子位置改变， 运行遵循磁 路磁阻最小原理， 即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， 是真正的磁阻电机。 通过 对一台SRM的定子各相有序地励磁， 转子将会作步进式旋 转， 每一步转过一定的角度。
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
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
开关磁阻电动机原理 ppt课件
i
Ust
Lk
r
L
t
(i 0)
(5-19)
式中
LK
Lm in
L
(1
1 )
这时的电流主要用于产生电磁转矩，因此这一段电流的大小 直接影响电动机的出力。
17
ppt课件
电力电子与电机系统控制研究所
从5-19可以看出， 开关磁阻电机的
负载电流与许多
参数有关，其中
属于可控的因素 是导通角α 1，不 同 α 1的可能形成
距。这样定子需切换通电 Nr次转子才转过一周，故电
机转速 n(r/min)与相绕组电压的开关频率 f之间的关系
为
n 60 f
(5-10)
Nr
f Nrn 60
(5-11)
给定子相绕组供电的功率变换器输出电流脉动频率
则为
fD
mNr n 60
(5-12)
7
ppt课件
电力电子与电机系统控制研究所
当旋转电势引起的压降为负则表示是发出电 功率，产生制动转矩
所以在开关磁阻电机中，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 θ的增大而减少时应尽快使
绕组中电流衰减到零，这点十分重要。
13
ppt课件
电力电子与电机系统控制研究所
在开关磁阻电机中，电磁转矩的调节主要 是通过控制功率开关的开、关时刻，即开
直流电动机相仿的机械特性
在一定转 速 下 提 前 导 通 功 率 开 关，即 减 小 α1
角，可 增 加 相 电 流 直 线 上 升 时 间 ，增大了电机的 转矩
在 α1一定的情况下，增加α2 ，使产生电磁转矩的区间增加， 也可以使平均转矩增大。但是 α2过大时续流阶段可能会产生
开关磁阻电机PPT课件
q1 0 q2 q3 q0 q4 q5
q=0 定子磁极轴线与转子凹槽中心重合
q1(q5) q2 q3 q4
转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置 转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置
第45页/共78页
SR电机绕组电感的分段线性解析式：
第7页/共78页
12/8 极三相开关磁阻电动机
A
C
B
B
C
A
A
C
B A
第8页/共78页
B C
12/8 极三相开关磁阻电动机
A
C
B
B
C
A
A
C
B A
第9页/共78页
B C
12/8 极三相开关磁阻电动机
A
C
B
B
C
A
A
C
B A
第10页/共78页
B C
12/8 极三相开关磁阻电动机
A
C
B
B
C
A
A
C
B A
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，还有学者在研究两 相、单相SRM。
低于三相的SRM 没有自起动能力！
第31页/共78页
常用开关磁阻电机方案结构
两相 4/2结构 三相 6/4结构
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
SRD
第2页/共78页
开关磁阻电机结构
开关磁阻电机课件
近似为-Us，将电机磁场储能以电能形式迅速回馈电源，
实现强迫换相。当主开关 S1 和 S2 中一个开通另一个关断， 相电流不经电源续流，而通过其中一个二极管续流，在 续流段，绕组两端的电压近似为0，无能量回馈。
5 SRM传动系统的反馈信号检测 位置检测与换相逻辑 静 红外发光二极管、光敏 止 三极管、辅助电路 部 分 运 与SRM转子同轴安装 动 的遮光盘、遮光盘有6 部 o间隔的齿 个 30 分
Es VD2
C'
3 D
1' B' A'
S2
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。
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
依次给A-B-C-D绕组通电，转 子逆励磁顺序方向连续旋转
工作机理
开关磁阻电机的工作机理基于磁通总是沿磁导最大的路 径闭合的原理。 当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁场就 会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁导最大的 位置。 当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将一步 一步地沿着通电相序相反的方向转动。 如果改变定子各相的通电次序，电机将改变转向。但相 电流通流方向的改变是不会影响转子的转向的。
对于开关磁阻电机的电磁场分析，我们主要 采用Ansoft或是Ansys等有限元软件进行。
开关磁阻电机特点和应用课件
它具有调速系统兼具直流、交流两类调 速系统的优点。
英、美等经济发达国家对开关磁阻电动 机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果， 产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家 用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等 领域。
2.2
2.3 总体影响
2.4 SRD机械结构
2.5 电动机定、转子实际结构
3 开关磁阻电机原理 工作原理
结构特点
3.1、 开关磁阻电机原理
在讲电动机工作原理时常用通电导线 在磁场中受力来解释电动机旋转的道理，磁 阻电机转子上没有绕组，那是靠什么力推动 转子转动呢？
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。
在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图， 从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来的， 图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电 流通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线； 把转子启动前的转角定为0度。
3.1.1 开关磁阻电机原理
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。
# note 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 2. BLDC : Brushless DC 3. BLAC : Brushless AC 4. SRM : Switched Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor
下面通过一个 开关磁阻电动 机原理模型来 介绍工作原理
英、美等经济发达国家对开关磁阻电动 机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果， 产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家 用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等 领域。
2.2
2.3 总体影响
2.4 SRD机械结构
2.5 电动机定、转子实际结构
3 开关磁阻电机原理 工作原理
结构特点
3.1、 开关磁阻电机原理
在讲电动机工作原理时常用通电导线 在磁场中受力来解释电动机旋转的道理，磁 阻电机转子上没有绕组，那是靠什么力推动 转子转动呢？
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。
在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图， 从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来的， 图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电 流通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线； 把转子启动前的转角定为0度。
3.1.1 开关磁阻电机原理
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。
# note 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 2. BLDC : Brushless DC 3. BLAC : Brushless AC 4. SRM : Switched Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor
下面通过一个 开关磁阻电动 机原理模型来 介绍工作原理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无位置传感器检测技术的优势
传统的SRM 转子位置检测法采用诸如光电编码器、 霍尔位置传感器等，称作直接位置检测法。由于机 械位置传感器的存在，增加了SRM 结构的复杂性， 影响了SRM 调速系统可靠性，也使得SRM 调速系 统的成本增加，另外，位置传感器的稳定性受环境 影响很大，阻碍了SRM 在生产和生活中的广泛应用 。为了克服这一弊病，国内外学者开始着手研究开 关磁阻电机无传感器控制技术。
优点：算法简单，适用性强，与电机所带负载的大小无关。
缺点：由于放置元件，使SRM的制造工艺变得复杂。另外，若 定子槽内金属板放置位置不一致，就会使金属极板相对与转子 位置的变化特性不一致，产生较大的检测误差。
国外一些研究(基于注入脉冲法)
电感分区法（起动）
思想：将各项电感的相位关系做以分区，利用各区 域内绕组的相电流逻辑关系，确定初始导通相。
位置检测的目的就是提供换想逻辑，在电机单项轮 流导通时，并不需要转子每一位置的信息，只要能 够判断是否已达到换相的位置即可。因此只需将积 分得到的估计磁链值与对应当前电流的换相位置的 参考磁链值相比较，如果前者大于后者，则认为换 相位置已到，管断当前相，导通下一相；反之，则 认为换相位置未到，继续导通当前相。
低速运行时的位置检测
当 SRM 的一相正在工作时，对另外两个相邻的非工 作相同时施加脉冲激励，得到相应的响应电流，比 较其响应电流的大小来决定下一相何时导通。
优点：换相点的判断只与响应电流的相对变化有关， 而与其值的大小无关，因此抗干扰性较强，采用两 个非工作相进行判断，不仅提高了判断的精度，而 且还可以减小电压波动和负载波动的影响，从而减 小了检测误差。
缺点：需要外加检测电路，成本高，增加了系统的复 杂性。
附加元件法
附加元件法是在电机内部的适当位置上增加一些元 件，在电机运行时这些元件的输出信息也随转子周 期性地发生变化，利用这种特性可以估算出转子的 位置。根据附加的元件不同，可分为极板电容检测 法和附加电感线圈法。
极板电容检测法
在电机定子槽中插入一个金属平板，该平板与转子之间就相当 于构成了电容器，当转子转动时，该电容器的极板面积和间距 也随之发生变化，也就是说电容的容值大小是转子位置的函数 ，只需增加简单的电路检测出电容的容值，就能够估算出转子 的位置。
基于电流斩波波形的检测法（适用于低速）
电流上升时间法
利用电流的上升或下降时间判断转子的位置，分别 为基于斩波波形的电流上升时间法和基于斩波波形 的电流下降时间法。
i
Im ax I
Im in
0 on
off
2off -on
电流下降时间法
与电流上升时间法相比，不同之处在于它不需要电压传感器检测电压。
电流波形检测法：最早的无位置传感器检测方案
iddL ()ddtiddL ()
优点：原理简单,不需要外加电路。 缺点：电感的计算时间较长,算法易受噪声信号的影响。
磁链法
其基本思想是忽略绕组互感的影响，基于开关磁阻 电机的磁链、电流和转子位置角之间的关系来检测 转子位置。
uk
Rsik
d(i,)
dt
注入脉冲法
初始位置检测：电机静止时，同时向三相注入高频 电压脉冲
低速运行时的位置检测：同时向非导通相注入电压 脉冲
初始位置检测
1、电机静止时，0 2、忽略绕组的电阻压降 3、电机静止时，电感保持不变
向绕组中注入幅值一定的电压脉 冲，其响应电流的幅值大小：
一相响应电流的峰值与转子位置关系 三相响应电流的峰值与转子位置关系
国内对无位置传感器检测技术的研究
导通相检测法
导通相检测法是利用导通相导通时所表现出来的相 绕组特性来检测转子位置。但是由于电机绕组所表 现出来的非线性,必须采用非线性检测法,模型比较复 杂,对芯片的运算速度要求也比较高。
不需任何人为产生的电压电流信息,直接以电机运行 时的电流电压信息为基础,根据电机的实际模型或特 性曲线得到位置信息。
参考磁链的获得
参考磁链的获得： 换相位置一般都靠近电感最大位置，因此该算法只测试存储最 大电感位置的磁链-电流曲线，然后再乘以一个小于1的系数k来 得到对应换相位置的参考磁链值。
优点：算法中只需要计算最大电感位置的磁链-电流曲线，然 后查询二维表，所需内存小，算法简单快速，此时结果较为准 确可靠。
t
est(uk Rsik)dt0 0
(,ik)
不同转子位置角 (ik,)
曲线图
优点：原理简单 缺点：由于要建立并查找一个电流/磁链/位置的三维表,算法复杂,计算时 间长,占用内存大,灵活性差等。针对磁链法的不足,提出了简化磁链法。
简化磁链法
T 1 i2 dL
2 d
线性模型下的绕组相电流波形图
简化磁链法
优点：原理简单，成本较低，不需要外加测试信号，提高了电 机的可靠性和容错能力; 低速运行情况下，由于旋转电动势很小 ，可忽略，位置估计较为精确。 缺点：该方法受电机转速、电压波动以及斩波电流的影响，不适 合在高速下使用。
非导通相检测法
非导通相检测法通过控制向非激励相注入高频低幅 的测试信号，测量出电流或其它信息，通过计算和 分析得到转子位置信息。此类方法算法比较简单， 适合于电机启动和较低转速时的转子位置估计，但 由于测量过程需要注入高频激励信号，易引起负转 矩，影响整个系统出力和效率，另外使控制电路复 杂。
相电流梯度法
相电流梯度法
比较 0与上一个 0之间的时间间隔，可求得电机的转速，这个时间 间隔乘以极数即电机旋转一周的时间。结合 0 与电机的转速可控制 和 1，即 下2 一相导通时间和该相关断时间，从而实现单拍和双拍控 制。
单拍：用于高速段，可减少转矩脉动 双拍：起动和低速段，有利于产生有效转矩
开关磁阻电机的无位置传感器检测技术
目录
01 无位置传感器检测技术的作用
02 无位置传感器检测技术的优势 03 国内外对无位置传感器检测技术
的研究
下一步工作计划
04
无位置传感器检测技术的作用
当电机静止时，转子位置是不确定的，由于没有位 置传感器，此时对电机定子哪一项通电的问题尤为 突出。
解决启动时候的转子初始位置和初始导通相的判断 问题，以保证不出现转子反转。