开关磁阻电机精品PPT课件
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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》课件
05
结论
开关磁阻电机的总结
开关磁阻电机是一种基于磁阻原理的 电机，具有结构简单、可靠性高、调 速范围广等优点，被广泛应用于各种 工业领域。
开关磁阻电机的控制系统可以采用数 字化技术，实现快速、准确的控制， 提高电机的性能和稳定性。
开关磁阻电机通过改变电机的输入电 压或电流，可以方便地调节电机的转 速和转矩，从而实现精确的控制。
推动模块化设计和智能化控制，简化电机结构，提高系统的集成度 和智能化水平。
市场前景与预测
工业自动化
随着工业自动化程度的提高，开 关磁阻电机在工业领域的应用将
进一步扩大。
电动车与新能源
电动车和新能源市场的快速发展将 为开关磁阻电机提供广阔的应用空 间。
预测分析
根据市场需求和技术发展趋势，预 测开关磁阻电机未来的市场规模和 增长点。
洗衣机
在洗衣机中，开关磁阻电机作为驱动 元件，实现高效、低噪音的洗涤和脱 水。
04
开关磁阻电机的未来发展
技术创新与改进
高效能驱动控制技术
研究更先进的控制算法和策略，提高开关磁阻电机的驱动性能和 效率。
耐高温材料
研发能在高温环境下稳定运行的绝缘材料和磁性材料，提高电机的 可靠性和寿命。
模块化和智能化
优势
与传统的直流电机和交流电机相比，开关磁阻电机在性能和成本方面具有明显的 优势，能够满足各种应用场景的需求。此外，开关磁阻电机的控制方式灵活多样 ，可以实现精确的速度和位置控制。
02
开关磁阻电机的基本结构
定子结构
定子铁芯
通常采用硅钢片叠压而成，用于 产生磁场。
定子绕组
由多根漆包线绕制而成，连接至 控制器，用于产生旋转磁场。
转子结构
开关磁阻电动机调速系统课件
高可靠性
系统的可靠性将会得到进一步提升，通过采用高可靠性设 计、选用高可靠性元器件等手段，确保系统在复杂环境下 的稳定运行。
多功能集成
开关磁阻电动机调速系统将会实现更多的功能集成，例如 集成了驱动、制动、能量回收等功能，提高了系统的综合 性能和效率。
开关磁阻电动机调速系统的市场前景
市场需求持续增长
THANKS
感谢观看
开关磁阻电动机调速系统的特点
开关磁阻电动机调速系统具有结构简单、成本低、可靠性高、维护方便等优点。
此外，开关磁阻电动机调速系统还具有宽广的调速范围、优良的启动性能、易于实 现再生制动等优点。
但是，开关磁阻电动机调速系统也存在一些缺点，如转矩波动大、噪声大等问题， 需要进一步改进和完善。
02
开关磁阻电动机调速系统的工作原理
开关磁阻电动机调速系统的控制方式
开关磁阻电动机调速系统的控制 方式主要有两种：角度位置控制 （APC）和电流斩波控制（CCC
）。
角度位置控制是通过控制开关的 开通角和关断角来控制定子与转 子间磁场的角度位置，从而控制
电动机的转速。
电流斩波控制是通过控制电流波 形的斩波宽度来控制电动机的电 流和转矩，从而控制电动机的转
，提高系统的运行效率和可靠性。
03
绿色环保
随着环保意识的提高，开关磁阻电动机调速系统的设计将更加注重节能
减排、环保等方面的考虑，例如采用高效电机、降低噪音等措施，实现
系统的绿色化发展。
开关磁阻电动机调速系统的未来发展方向
宽调速范围
开关磁阻电动机调速系统的调速范围将会更加宽广，能够 满足不同领域的需求，例如高速列车、航汽车 领域中应用于车辆的空调系统、 座椅调节系统、车窗升降系统等 ，以及电动汽车的电池管理系统
系统的可靠性将会得到进一步提升，通过采用高可靠性设 计、选用高可靠性元器件等手段，确保系统在复杂环境下 的稳定运行。
多功能集成
开关磁阻电动机调速系统将会实现更多的功能集成，例如 集成了驱动、制动、能量回收等功能，提高了系统的综合 性能和效率。
开关磁阻电动机调速系统的市场前景
市场需求持续增长
THANKS
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开关磁阻电动机调速系统的特点
开关磁阻电动机调速系统具有结构简单、成本低、可靠性高、维护方便等优点。
此外，开关磁阻电动机调速系统还具有宽广的调速范围、优良的启动性能、易于实 现再生制动等优点。
但是，开关磁阻电动机调速系统也存在一些缺点，如转矩波动大、噪声大等问题， 需要进一步改进和完善。
02
开关磁阻电动机调速系统的工作原理
开关磁阻电动机调速系统的控制方式
开关磁阻电动机调速系统的控制 方式主要有两种：角度位置控制 （APC）和电流斩波控制（CCC
）。
角度位置控制是通过控制开关的 开通角和关断角来控制定子与转 子间磁场的角度位置，从而控制
电动机的转速。
电流斩波控制是通过控制电流波 形的斩波宽度来控制电动机的电 流和转矩，从而控制电动机的转
，提高系统的运行效率和可靠性。
03
绿色环保
随着环保意识的提高，开关磁阻电动机调速系统的设计将更加注重节能
减排、环保等方面的考虑，例如采用高效电机、降低噪音等措施，实现
系统的绿色化发展。
开关磁阻电动机调速系统的未来发展方向
宽调速范围
开关磁阻电动机调速系统的调速范围将会更加宽广，能够 满足不同领域的需求，例如高速列车、航汽车 领域中应用于车辆的空调系统、 座椅调节系统、车窗升降系统等 ，以及电动汽车的电池管理系统
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
-
+
开关磁阻电动机原理课件
设定实验条件
确定实验参数，如输入电压、电 流、转速等。
实验结果分析与性能评估
性能参数分析
根据实验数据，分析开关磁阻电 动机的各项性能参数，如转矩、 效率、噪音等。
性能曲线绘制
根据实验数据绘制性能曲线，直 观展示开关磁阻电动机的性能变 化趋势。
01 02 03 04
对比分析
将实验结果与其他电机或类似实 验进行对比，评估开关磁阻电动 机的优势和不足。
开关磁阻电动机的发展趋势
1 2 3
高效节能技术的提升
随着环保和节能意识的增强，开关磁阻电动机在 高效节能技术方面将得到进一步提升。
智能化控制
随着人工智能和物联网技术的发展，开关磁阻电 动机将实现智能化控制，提高运行效率和稳定性 。
多样化应用
开关磁阻电动机在工业、汽车、航空航天等领域 的应用将进一步扩大，满足不同领域的需求。
在电动车领域，开关磁阻电动 机是理想的动力源之一，具有 高效、节能、环保等优点。
02
开关磁阻电动机的工作原理
Chapter
定子结构与工作原理
定子结构
开关磁阻电动机的定子主要包括凸极和绕组，凸极 由导磁性良好的硅钢片叠成，绕组由漆包线绕制而 成。
工作原理
开关磁阻电动机是通过改变绕组中电流的方向和大 小，来改变磁场的方向和强度，从而驱动转子旋转 。
开关磁阻电动机的未来发展方向
优化设计
未来开关磁阻电动机的设计将更 加注重材料、结构和制造工艺的
优化，提高其性能和可靠性。
容错控制技术
为提高开关磁阻电动机的可靠性和 稳定性，未来将进一步开发容错控 制技术，使其在故障情况下仍能保 持稳定运行。
绿色环保
未来的开关磁阻电动机将更加注重 环保和节能，采用低噪声、低能耗 、环保型材料和制造工艺，满足绿 色环保要求。
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
THANK YOU.
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
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
磁阻性质
利用转子磁阻不均匀而产生转矩 的电机，又称反应式同步电动机 ，其结构及工作原理与传统的交 、直流电动机有很大的区别。
开关磁阻电机结构
定子
开关磁阻电机的定子铁芯由硅钢片叠压而成，定子的凸极上绕有集中绕组，径 向相对的两个绕组串联或并联构成一相的两个磁极，使产生的磁场沿轴向分布 。
转子
开关磁阻电机的转子由导磁性能良好的硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无 永磁体，转子的凸极形状与定子凸极相似，由若干段弧面组成。
转矩评估
在不同转速和负载条件下，测量电机的输出转矩，以评估其带载能力 和动态响应特性。
转速评估
测量电机在空载和负载条件下的转速，以评估其调速范围和稳定性。
噪音和振动评估
通过专业的噪音和振动测量设备，对电机运行时的噪音和振动水平进 行评估，以反映其机械性能和舒适度。
实验测试方法介绍
空载实验
在无负载条件下运行电机，测 量其空载转速、空载电流和空
开关磁阻电机课件
汇报人：XX
• 开关磁阻电机基本原理 • 开关磁阻电机控制技术 • 开关磁阻电机驱动系统设计 • 开关磁阻电机应用领域及案例分析
• 开关磁阻电机性能评估与测试方法 • 开关磁阻电机发展趋势及挑战
01
开关磁阻电机基本原理
磁阻电机工作原理
磁阻最小原理
磁通总是沿着磁阻最小的路径闭 合，从而产生磁拉力，进而形成 电磁转矩。
THANKS
感谢观看
。
参数优化方法
通过仿真分析、实验验证等手段 ，对主电路参数进行优化，以提
高系统的效率和稳定性。
保护功能实现
过流保护
过压保护
通过检测电流信号，当电流超过设定值时 ，及时切断电源，避免电机和驱动器的损 坏。
利用转子磁阻不均匀而产生转矩 的电机，又称反应式同步电动机 ，其结构及工作原理与传统的交 、直流电动机有很大的区别。
开关磁阻电机结构
定子
开关磁阻电机的定子铁芯由硅钢片叠压而成，定子的凸极上绕有集中绕组，径 向相对的两个绕组串联或并联构成一相的两个磁极，使产生的磁场沿轴向分布 。
转子
开关磁阻电机的转子由导磁性能良好的硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无 永磁体，转子的凸极形状与定子凸极相似，由若干段弧面组成。
转矩评估
在不同转速和负载条件下，测量电机的输出转矩，以评估其带载能力 和动态响应特性。
转速评估
测量电机在空载和负载条件下的转速，以评估其调速范围和稳定性。
噪音和振动评估
通过专业的噪音和振动测量设备，对电机运行时的噪音和振动水平进 行评估，以反映其机械性能和舒适度。
实验测试方法介绍
空载实验
在无负载条件下运行电机，测 量其空载转速、空载电流和空
开关磁阻电机课件
汇报人：XX
• 开关磁阻电机基本原理 • 开关磁阻电机控制技术 • 开关磁阻电机驱动系统设计 • 开关磁阻电机应用领域及案例分析
• 开关磁阻电机性能评估与测试方法 • 开关磁阻电机发展趋势及挑战
01
开关磁阻电机基本原理
磁阻电机工作原理
磁阻最小原理
磁通总是沿着磁阻最小的路径闭 合，从而产生磁拉力，进而形成 电磁转矩。
THANKS
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。
参数优化方法
通过仿真分析、实验验证等手段 ，对主电路参数进行优化，以提
高系统的效率和稳定性。
保护功能实现
过流保护
过压保护
通过检测电流信号，当电流超过设定值时 ，及时切断电源，避免电机和驱动器的损 坏。
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
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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。 4. SR电机转子上无绕组，系统在低速运行时，不仅转矩大，而且转子发热不严重。 5. SRD系统可以通过对电流的导通、断开以及电流幅值等的控制，易于实现系统的软启动， 四象限运行和宽广的恒功率范围。 6. SRD系统的容错能力强，在缺相的情况下仍然能可靠运行。 7. SR电机原有的转矩脉动大、噪声大的缺点通过技术的进步也已经可以解决。
2.6
2.6.1
2.6.1
2.7 开关磁阻电机的优缺点
1. SRD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。
2. 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。 3. 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
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
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
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
开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。
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。
2.7.1 SRD的特点
19
2.8
2.8.1
2.8.3
电动汽车用开关磁阻电机
五相SRM
三相SRM
2.9 SRD的研究方向
SR电机设计研究：
1、减小转矩脉动及噪声,电机的振动的研究 2、相数的研究与选择 3、电机铁耗、效率分析
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 • 智能控制策略 • SR电机的无位置传感器控制 • SR电机的振动、噪声研究 • SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等 • 变换器方案确定和主开关元器件选择 • 微处理器和专用集成电路的应用
开关磁阻电机课件
日期：2016.4.15
课件的内容
一、MOTOR的种类 二、SRD的特点及应用 三、SRD的驱动原理 四、SRD控制策略
1、 电机的种类
电机 旋转式
直线式
交流电机
直流电机
感应式电机
w单相 w三相
同步电机
通用电机
磁极电机
w 永磁同步电机(BLDC, BLAC) w 开关磁阻电机 w 同步磁阻电机
1.2 交流永磁同步电机
1.2.1 交流永磁同步电机控制结构
1.2.2 交流永磁同步电机控制原理
1.2.3 交流永磁同步电机控制要求
电磁场
2 开关磁阻电机发展历史
2.1 SRD的应 用
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。
从左面图起，A相线圈接通电源产生磁通，磁力线 从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看成 极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时针 转动；中间图是转子转了10度的图，右面图是转 到20度的图，磁力一直牵引转子转到30度为止， 到了30度转子不再转动，此时磁路最短。
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。
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。
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Fra bibliotek 生转矩的电机
运动是定、转子两个磁场相互作用的结果
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。
磁阻变化原理产 生转矩的电机
2.6
2.6.1
2.6.1
2.7 开关磁阻电机的优缺点
1. SRD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。
2. 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。 3. 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
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
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
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
开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。
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。
2.7.1 SRD的特点
19
2.8
2.8.1
2.8.3
电动汽车用开关磁阻电机
五相SRM
三相SRM
2.9 SRD的研究方向
SR电机设计研究：
1、减小转矩脉动及噪声,电机的振动的研究 2、相数的研究与选择 3、电机铁耗、效率分析
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 • 智能控制策略 • SR电机的无位置传感器控制 • SR电机的振动、噪声研究 • SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等 • 变换器方案确定和主开关元器件选择 • 微处理器和专用集成电路的应用
开关磁阻电机课件
日期：2016.4.15
课件的内容
一、MOTOR的种类 二、SRD的特点及应用 三、SRD的驱动原理 四、SRD控制策略
1、 电机的种类
电机 旋转式
直线式
交流电机
直流电机
感应式电机
w单相 w三相
同步电机
通用电机
磁极电机
w 永磁同步电机(BLDC, BLAC) w 开关磁阻电机 w 同步磁阻电机
1.2 交流永磁同步电机
1.2.1 交流永磁同步电机控制结构
1.2.2 交流永磁同步电机控制原理
1.2.3 交流永磁同步电机控制要求
电磁场
2 开关磁阻电机发展历史
2.1 SRD的应 用
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。
从左面图起，A相线圈接通电源产生磁通，磁力线 从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看成 极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时针 转动；中间图是转子转了10度的图，右面图是转 到20度的图，磁力一直牵引转子转到30度为止， 到了30度转子不再转动，此时磁路最短。
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。
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。
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Fra bibliotek 生转矩的电机
运动是定、转子两个磁场相互作用的结果
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。
磁阻变化原理产 生转矩的电机