开关磁阻电机
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。
开关磁阻电机的设计与应用
开关磁阻电机的设计与应用引言开关磁阻电机是一种新型的电机，具有结构简单、体积小、响应快、效率高等优点，在工业生产和家用电器等领域得到广泛应用。
本文将介绍开关磁阻电机的设计原理、构造和工作方式，并探讨其在不同领域的应用。
1. 开关磁阻电机的设计原理开关磁阻电机是通过控制磁场的方向和大小来实现转动，其设计原理基于磁阻效应和磁场的反转。
当电流通过绕组时，会产生一个磁场，根据右手定则，当磁阻材料中的磁场方向与绕组的磁场方向相反时，就会出现瞬时的磁流偏移，导致磁场的反转。
通过不断地反转磁场的方向，可以产生连续的转动力。
2. 开关磁阻电机的构造开关磁阻电机主要由转子、定子和驱动电路组成。
2.1 转子转子是开关磁阻电机的核心部件，由磁阻材料制成。
磁阻材料通常采用铁短路片或磁铁片，具有高导磁性和低磁饱和性。
转子上绕有线圈，通过控制线圈通电情况，可以控制转子的磁场方向和大小。
2.2 定子定子是开关磁阻电机中固定的部件，用于产生或感应磁场。
定子一般由永磁体或电磁体构成，永磁体具有固定的磁场，电磁体则通过外部电源提供磁场。
定子的磁场与转子的磁场交互作用，产生转动力。
2.3 驱动电路驱动电路是控制开关磁阻电机正常工作的关键部分，它负责提供正确的电流和电压信号，并控制磁场的反转。
驱动电路一般由电能转换器、控制芯片和传感器组成。
3. 开关磁阻电机的工作方式开关磁阻电机主要有两种工作方式：单相工作和多相工作。
3.1 单相工作单相工作是指开关磁阻电机通过单个绕组进行驱动，具有结构简单、成本低的优点。
但由于只有一个驱动绕组，单相工作的开关磁阻电机转速较低，扭矩较小，适用于一些低负载和速度要求不高的应用。
3.2 多相工作多相工作是指开关磁阻电机通过多个绕组进行驱动，具有转速高、扭矩大的优点。
多相工作的开关磁阻电机可以灵活控制磁场的变化，达到更高的效率和更精确的转动性能。
但多相工作的开关磁阻电机相对于单相工作来说，结构复杂，成本较高。
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。
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常见的电机类型，它基于磁阻效应来实现电机转动。
下面将详细介绍开关磁阻电机的工作原理。
一、磁阻效应简介磁阻效应是指材料在外磁场作用下，磁通量通过材料时会引起材料内部磁场的变化。
根据材料的磁导率和磁场的变化情况，磁阻效应可分为正磁阻效应和负磁阻效应。
正磁阻效应是指在磁场作用下，磁通量增加时，材料的磁导率减小；负磁阻效应则相反，磁通量增加时，材料的磁导率增大。
二、磁阻电机的基本结构开关磁阻电机由转子、定子、磁阻切换器和电源组成。
其中，转子是电机的旋转部分，定子是电机的固定部分，磁阻切换器用于切换磁通的路径，电源提供电流给电机。
三、工作原理1. 初始状态：在电机初始状态下，磁阻切换器将磁通量导向转子的一个极性，使得转子与定子之间存在磁阻。
2. 通电启动：当电源给电机提供电流时，电流通过定子线圈，产生磁场。
此时，由于磁阻切换器的作用，磁通量无法直接通过转子，导致转子受到磁阻的阻碍，无法自由转动。
3. 磁阻切换：在转子受到磁阻的阻碍时，磁阻切换器会切换磁通的路径，使得磁通量可以通过转子。
通过切换，磁通量的路径发生变化，从而改变了转子所受到的磁阻大小。
4. 磁阻变化：磁阻切换后，转子所受到的磁阻发生变化，转子受到的力矩也随之改变。
根据磁阻效应的原理，当转子在磁阻变化的作用下，会趋向于转到较小磁阻路径的方向运动。
5. 转动运行：当转子受到磁阻的作用，趋向于转到较小磁阻路径的方向运动时，电机开始转动。
转子的转动会继续改变磁阻切换器的状态，从而引起磁通量的改变，进一步推动转子的转动。
这样就实现了电能向机械能的转换，使得电机正常运行。
四、优势和应用开关磁阻电机具有以下优势：1. 结构简单：相比传统的电机结构，开关磁阻电机的结构较为简单，减少了动力传输的损耗。
2. 超低速驱动：开关磁阻电机具有较好的低速性能，在一些特殊应用中具有优势。
3. 节能环保：开关磁阻电机的能效较高，能够有效节约能源和减少环境污染。
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
开关磁阻电机开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor,SRM）是随着现代电力电子技术、控制技术及数字计算机技术的发展而出现的一种新型无级调速电机，是典型的机电一体化产品。
一、开关磁阻电机特征“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar1969年撰写的论文中，描述了开关磁阻电机的两个基本特征：1、开关性---电机必须工作在连续的开关模式，这也是为什么继各种新型功率半导体器件发展后开关磁阻电机才得以发展的主要原因。
2、磁阻性---定、转子具有可变磁阻回路。
二、开关磁阻电机的结构及工作原理开关磁阻电机的定子和转子都是凸极结构，即双凸极结构，转子、定子极数不相等，转子和定子铁芯由导磁良好的硅钢片压制而成，转子铁芯无绕组，定子凸极上有集中绕组。
与普通电机一样，转子、定子之间有很小的气隙，转子可以在定子内自由旋转，开关磁阻电机根据转子、定子极数不同可以有多种不同相数的结构，比如定子有6个极，转子有4个极，6/4结构三相开关磁阻电机，如图1所示。
图16/4结构三相开关磁阻电机图中，定子径向相对的两绕组串联成一相，比如AX相、BY相、CZ相，转子径向的凸极构成一组。
由于定子极数与转子极数不相等，所以定子极距和转子的极距不相等，当任意相定子凸极中心线与转子凸极中心线重合时，另外一组转子凸极中性线与定子其他相凸极中性线错开。
如图2所示6/4结构开关磁阻电机运转截面图，当A相接通电源产生磁通，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，此时由于A相绕组对应的定子凸极中性线与转子凸极中性线不重合，磁阻不是最小，磁场就会产生拉力，牵引最近的转子凸极转到磁阻最小的位置，如图2转子逆时针转动100、200，直到转子凸极转到300与A相绕组对应的定子凸极重合为止，此时磁阻最小。
图2开关磁阻电机工作原理示意图为了使转子继续转动，在转子凸极转到300之前就断开A相电源，在300时接通B相电源，此时，B 相绕组产生磁通，牵引最近转子凸极继续逆时针转动400、500，如图3所示。
《开关磁阻电机》课件
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。
第2章开关磁阻电机
高可靠性
开关磁阻电机结构简单、无刷、 无接触，因此具有较高的可靠性 和耐久性，适用于智能家居和物 联网领域中的长时间连续工作需 求。
05
未来发展趋势与挑战
高性能材料研究进展
高温超导材料
提高电机效率和功率密度，降低热损耗。
纳米复合材料
增强电机绝缘性能和机械强度，提高电机可靠性 。
稀土永磁材料
提升电机转矩密度和调速范围，实现高性能化。
与交流异步电机比较
开关磁阻电机的效率高于交流异步电机，且调速范围更宽。此外，开关磁阻电机在低速时 具有更大的转矩输出能力。
与永磁同步电机比较
开关磁阻电机无需永磁体，因此成本更低。同时，在高速运转时，开关磁阻电机的效率高 于永磁同步电机。然而，永磁同步电机在低速时具有更高的转矩密度和更好的调速性能。
02
静态特性测试方法
空载特性测试
01
在电机空载状态下，测量电机的电压、电流和转速等参数，绘
制空载特性曲线。
负载特性测试
02
给电机加上负载，测量电机的电压、电流、转速和输出转矩等
参数，绘制负载特性曲线。
磁化特性测试
03
测量电机在不同磁化状态下的磁通密度和磁场强度等参数，了
解电机的磁化特性。
动态特性评估指标
磁阻转矩控制
过流/过温保护
通过调整电流波形和开通角，实现磁 阻转矩的精确控制，提高电机效率。
实时监测电流和温度等参数，当超过 设定阈值时及时采取保护措施，确保 电机安全运行。
转子位置检测
采用霍尔传感器或编码器等方式，实 时检测转子位置，为控制算法提供准 确数据。
软硬件设计与实现
01
硬件设计
包括主控制器选型、功率变换器设计、传感器选型和接口电路设计等，
开关磁阻电机控制器原理
开关磁阻电机控制器原理嘿，朋友们，今天我们聊聊开关磁阻电机和它的控制器。
乍一看，可能有点儿复杂，但其实没那么吓人。
想象一下你在车里，轻轻一踩油门，车子就嗖地跑起来了。
这背后可少不了开关磁阻电机的功劳。
它可不是普通的电机哦，像是个超级小能手，能把电能转化成机械能，让你的车子、风扇，甚至是洗衣机都能动起来。
哎，真是个好帮手。
说到开关磁阻电机，这里有个小秘密。
它的工作原理可简单了，想象一下你在玩磁铁。
电流流过线圈，线圈周围就产生了磁场。
开关磁阻电机的线圈是有规律地排列的，像是齐心协力的小伙伴们，一起吸引、排斥。
只要你控制好电流的开关时机，电机就能旋转得飞快。
就像在舞台上跳舞，舞者们要协调好，才能呈现出最完美的舞姿。
再说说控制器，这可是电机的“指挥家”。
控制器就像一个聪明的老大，知道什么时候该给电流“发个信号”。
它通过监测电机的转速、位置等数据，实时调整电流的开关。
别小看这控制器哦，调皮的时候它可是能让电机转得飞快，也能慢下来，简直就是电机界的变魔术师。
没错，控制器的工作就像是在跟电机对话，时而热情，时而温柔，真是一种微妙的艺术。
你知道吗，开关磁阻电机还有个好处，就是结构简单。
这种电机的制造材料和工艺都很实在，不像那些高大上的电机需要一堆复杂的部件。
这样一来，不仅便宜，还容易维护，真是让人心里一乐。
想想看，你的家电不容易坏，省心又省钱，简直就是懒人福音。
开关磁阻电机也不是十全十美的。
它的转速范围有限，低速的时候表现得有点儿笨拙。
这就像是跑步的时候，你慢慢走也许风景很好，但要是比赛可就显得不够给力。
不过别担心，控制器可以通过调节电流来改善这个问题，让电机在低速时也能运转得相对平稳。
说到底，它的潜力还是很大的。
再说说热量管理，这个问题可不能忽视。
电机在工作的时候会产生热量，过热可不是好事，容易导致设备损坏。
所以控制器需要不断监测电机的温度，及时调整电流，保持在一个合适的范围。
就像你在夏天喝冰水，能让你清凉一夏，电机也需要适度“降温”。
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
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。
开关磁阻电机课件
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。
开关磁阻电机大学课件
02
开关磁阻电机的结构与组成
定子结构
1 3
定子铁芯
由硅钢片叠压而成，是产生磁场的关键部分。
定子绕组
电流斩波控制
总结词
电流斩波控制是一种控制开关磁阻电机 电流的方法，通过设定电流的上限和下 限，当电流超过上限时，控制器会降低 电压以减小电流；当电流低于下限时， 控制器会增加电压以增加电流。
VS
详细描述
在电流斩波控制策略中，控制器实时监测 开关磁阻电机的电流，当电流超过设定的 上限时，控制器会降低电机相电压，以减 小电机电流；当电流低于设定的下限时， 控制器会逐渐增加电机相电压，以增加电 机电流。通过这种方式，可以有效地限制 电机电流，防止过流对电机造成损坏。
传感器
用于检测转子的位置和速度，以便控制器精确控制电 机的运行。
保护电路
用于保护电机和控制器的安全，防止过电流、过电压 等异常情况。
03
开关磁阻电机的控制策略
角度控制
总结词
角度控制是一种精确控制开关磁阻电机转子位置的方法，通过检测转子的位置 并调整开通角和关断角来控制电机的转动。
详细描述
在角度控制策略中，控制器实时检测开关磁阻电机的转子位置，并根据转子的 位置来精确控制电机的开通角和关断角。通过调整开通角和关断角，可以精确 地控制电机的转动，从而实现高精度的位置和速度控制。
06
开关磁阻电机的前景与展望
技术发展趋势
高效能化
随着新材料、新工艺的应用，开关磁阻电机的效 率将进一步提高，降低能耗。
开关磁阻电机
开关磁阻电机开关磁阻电机是一种新型的直线电机，具有结构简单、高效节能、位移稳定等优点。
该电机采用开关磁阻原理，在交变磁场中实现直线运动，是一种不能超越的电源开关形式。
它不需要嵌入任何磁铁、不需要进行感应和发电操作、能够满足高精度和高强度的应用，适用于机器人、机床、广告、家庭电器、测量、组装、定位、人机交互设备等领域。
开关磁阻电机的工作原理是运用了开关磁阻原理中的开关效应，将电流通过电流传感器控制，使电机运行，可以按照规定的磁场幅度产生直线运动。
此外，开关磁阻电机原是替代低效率的定子型电机的一种创新电机，其结构如图所示。
图1 开关磁阻电机简化结构图1.反铁心铁心2.励磁线圈3.开关导电片组4.插口5.定位销6.支架开关磁阻电机的关键部分是开关导电片组，通过控制导电片组的运动状态可以实现电机的正反转以及加减速。
在电流改变方向时导电片组会改变方向，使电机向反方向运转。
同时导电片组的数目、形状和位置决定了电机的输出力矩，因此导电片组的设计至关重要。
另外，开关磁阻电机的励磁线圈由交流电源提供电流，产生交变磁场，导致导电片组在上下移动时受到的磁力方向不同，从而产生直线运动。
这种电机运用了开关磁阻原理中的非线性效应，使能量转化的效率相对较高，能够减少功耗和低噪音运行。
在实际应用中，开关磁阻电机需要进行合理的选择和设计。
选择时，应考虑电机的功率、扭矩和转速等指标，结合具体应用场合，选择适合的电机型号。
对于设计而言，需要考虑导电片组的形状和数量，以及励磁线圈的电压和频率等因素，以确保电机的性能和稳定性。
总之，开关磁阻电机在结构简单、高效节能、位移稳定等方面具有突出的优点，在广泛的应用领域具有广阔的前景。
随着未来科技的进步，开关磁阻电机将逐渐替代传统定子型电机，成为一种新型的高效能源转换设备。
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1.1开关磁阻电机开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是一种定子单边激励，定转子双凸极的磁阻式电动机，由于定子电流由变频电源供电，电动机必须在特定的连续的开关模式下工作，所以通常称为“开关磁阻电机”。
它是上世纪八十年代出现的一种新型无刷电机，具有结构简单、可控参数多、控制灵活、效率高等优点，使得其在电动车驱动系统、家用电器、先进制造、矿山机械、航空航天等领域得到了广泛应用。
目前，国内对开关磁阻电机的研究主要集中在控制算法研究、噪声和振动研究、损耗分析等方面。
国外对开关磁阻电机在高速燃油泵电机、高速发电机、高速起动/发电机等航空、航天方面的应用进行了大量研究，例如美国研制的250千瓦、222,24转/分航空开关磁阻起动/发电机的功率密度高达5.3kw /kg；法国研制了一台1千瓦、转轴采用复合材料的超高速运行的开关磁阻电机，其最高转速可达200,000转/分。
SRM是双凸极可变磁阻电动机，它的定子、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。
转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有几种绕组，按相数和齿极数来分，开关磁阻电机有三相6/4、12/8或四相8/6、16/12等结构。
对于SR电机，转子磁场变化频率与转子齿数成正比，而转子损耗主要来自于转子磁场变化所产生磁滞损耗和涡流损耗。
电机的定、转子的极数有多种不同的搭配，相数越多，步距角小，利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高。
目前应用较多的是四相（8/6）结构，见图1-1。
图中只画出了A相绕组及其供电电路。
图1-1 四相SR电动机结构图（其中的一相）SRM有如下优点：（1）电机结构简单、坚固，制造工艺简单，成本低，可工作于极高转速；定子线圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。
（2）损耗主要产生在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许有较高的温升。
（3）转矩方向与电流方向无关，从而可最大限度简化功率变换器，降低系统成本。
（4）功率变换器不会出现直通故障，可靠性高。
（5）起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。
（6）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩－速度特性。
（7）在宽广的转速和功率范围内都具有高效率（8）能四象限运行，具有较强的再生制动能力。
（9）容错能力强。
开关磁阻电机的容错体现在电机某一相损坏，电机照样可以运行。
当然SRM也有其缺点，目前存在的主要缺点有：（1）采用的是磁阻式电动机，其能量转换密度低于电磁式电动机。
（2）转矩脉动较大，通常的转矩脉动典型值是 15%。
由转矩脉动所导致的噪声及特定频率下的谐振问题也较为突出。
（3）相数越多，主接线数越多。
（4）需要根据定转子的相对位置投励。
（5）必须与控制器一同使用，而不能直接接入电网作稳速运行。
2.1开关磁阻电动机调速系统开关磁阻电动机调速系统(简称SRD)是一新型的机电一体化交流调速系统,它融新的电动机结构——开关磁阻电动机(简称SR 电机)与现代电力电子技术、控制技术为一体,是当前国内外现代交流调速领域热门的研究课题。
SRD主要由SRM、功率变换器、控制器、位置检测器等四大部分构成，如图2-1所示。
2.2 SRM功率变换器的主电路从功率变换器应与电动机结构匹配、效率高、控制方便、结构简单、成本低等基本要求出发，一个理想的功率变换器主电路结构应具备以下条件：（1）最少数量的主开关器件；（2）既适用于偶数相的SRM，也适用于奇数相的电机；（3）可将全部电源电压加给电机相绕组；（4）主开关器件的电压额定值与电动机接近；（5）具备迅速增加相绕组电流的能力；（6）可通过主开关器件调制，有效的控制相电流；（7）在绕组磁链减少的同时，能将能量回馈给电源。
2.2.1 不对称半桥线路图2-2 不对称半桥线路(GTR为主开关器件)上图2-2为采用不对称半桥线路的三相SRM功率变换器主电路。
以A相为例，每项有两个主开关器件V1、V2以及续流二极管VD1、VD2。
其中，上下两个主开关器件是同时开关和关断的。
当V1、V2导通时， VD1、VD2截止，外加电源Us加在A相绕组两端，产生相电流ia；当 V1、V2 关断时，A相绕组产生的变压器电动势极性是下正上负，则VD1、VD2正向导通，电流通过VD1、VD2及储能电容Cs续流，电容将吸收相绕组的部分磁场能量。
基于以上分析，可知这种线路的一些特点：（1）各主开关器件的电压定额为Us。
若主开关器件选用GTR、GTO等器件，则续流二极管的电压定额近似为Us；若主开关器件为普通的晶闸管，二极管电压定额则为Us与换相时普通晶闸管的反向电压；（2）主开关器件的电压定额和电动机的电压定额近似相等，所以，这种线路用足了主开关器件的额定电压，有效的全部电源电压可用来控制相绕组电流；（3）由于每相绕组接至各自的不对称半桥，在电路上，各相间是相互独立的，故这种结构没有相数的限制；（4）这种线路适合在高压、大功率及SRM相数较少的场合下应用。
2.2.2 双绕组功率变换器如图2-3所示，双绕组功率变换器要求SRM每相有一个二次绕组与一次绕组耦合（匝比通常1：1）。
图a所示，当主开关器件S导通时，Us提供一次绕组电流i1，二次绕组的电压极性为下端为“+”，若匝数比为1，VD承受的反向电压为2Us，VD截止；当S关断时，二次绕组的电压极性为上端为“+”，VD导通，一次绕组电流i1转换到二次侧，形成续流电流i2给Cs充电，若不计一次、二次间的完全耦合，主开关器件S承受的电压为2Us。
图2-3双绕组功率变换器另外，如果考虑不完全耦合时的电压欲量，双绕组的功率变换器的主开关器件装置的电压额定值至少是电机绕组电压额定值的两倍，因此，未能用足主开关器件的额定电压；另一个缺点是电机中的铜线利用率低，因为每一对绕组中总是只有一个绕组流过电流。
但若选用GTR作主开关器件，各相发射极共“地”，所以它们的驱动电路的电源可以共用；若选用普通晶闸管，对于偶数相的电机，由于各相绕组及晶闸管可以交替的跨接在电源的“+Us”和“0”端，所以除非是斩波模式，不再需要在主晶闸管的换向电路之间附加换相电路，这样就降低了逆变器的成本。
这种电路适合在电源电压较低的场合，如蓄电池车的传动。
2.2.3 分列式直流电源的功率变换器如图2-4 a所示，外电源Us被Cs一分为二,两相绕组的一端共同接至双极性直流电源的中点，各相主开关器件和续流二极管一次上下交替排布。
当上臂S1合上时，绕组1从上半部电容吸收电能。
S1断开时，则VD1导通，绕组1的剩余电能回馈给下半部电容Cs；S2a)两相b)四相(主开关器件为GTR)图2-4 分裂式直流电源的功率变换器控制的回路原理与S1雷同。
因此为了保证三线电源两侧的负载相等以使上下臂的各相工作电压对称，这种方案只适用于偶数相的开关磁阻电机，要求双极性电源，这是它一大不足。
2.2.4斩波式带贮存电容的功率变换器图2-5 斩波式带贮存电容的功率变换器如上图所示，这种电路提供了一种低损耗回收贮能并且维持电容C1上的电压始终不低于电源电压的方法。
在每一步进角内回收的能量可以用斩波开关器件V0控制——当它导通时，贮存电容开始放电，而当VO关断时，续流二极管导通，由贮存电容在V0导通期间转移到L中的能量便回馈给电源。
由此可见，这种电路的特点是：通过调节占空比，可以调节贮存电容上的电压，控制住开关管关断后的相电流，从而达到改善改善电动机电流波形的目的。
因为，若Uc1保持在较高值，相绕组的续流电流很快衰减到零；若Uc1保持在较低值时，续流电流将缓慢衰减到零。
其缺点是：器件数量多，要求两个贮存电容，关断角受限制。
2.2.5 最少数量主开关器件的功率变换器这是在不对称半桥线路基础上开发的一种新的少开关器件的功率变换线路，其保留了桥式电路的全部优点，但所用的每相主开关器件数可少于两个。
如下图所示，其关键是将每个主开关器件接至一个以上的相绕组来实现开关器件的减少。
这种结构使得增加电动机相数、减少转矩脉动又不增加变压器成本成为可能。
但是，在此电路中任一个主开关器件的工作状态必须根据与其连接的所有相绕组的电流要求来确定。
另外，电感重叠系数在0.2-0.5间的SRM最适合采用这种方案，因为，这样有充足的时间使某相电流在邻相电流下降之前就上升，且保证只有两相电流同时控制。
图2-6 最少主开关器件的功率变换器在上图中，因为A相和C相、B相和D相的电流不会重叠，所以，可保证任一时刻流过各个主开关器件的电流仅是一相绕组的电流，这一线路通过主开关器件的峰值电流即为相电流峰值，各主开关器件的热损耗不再相等，显然，接至两相绕组的上面两个主开关器件热耗较大，但这种线路的控制策略的复杂性明显降低了。
3.1对SRD在Matlab中的实例模型分析上图为电流控制的6/4极开关磁阻电机的驱动电路。
电路先给定一个200的参考电流信号来触发功率变换器中的电子开关器件使其三相回路依次导通，依次输出电流给开关磁阻电机，通过定子绕组产生磁场，并由各相产生的磁力依次驱动转子朝着同一方向持续转动。
电机输出的转速经过位置传感器处理后变成逻辑信号和给定电流信号相乘，然后再与反馈回来的电流值做差，信号再经过一个电流滞环环节产生锯齿状的波浪信号，再传递给功率变换器，周而复始的控制电机的转动。
电机转速趋向匀速，电流、力矩、和磁通都有所减小，直到电机达到指定转速后，电流滞环也不再起作用，切换控制。
3.2 位置检测器上图是位置检测器模块的数学模型。
电机的转速回馈回来经过一次K倍的增益，速度信号再进行离散信号的积分环节变成三相的角位移量，之后信号和90取余（因为这个电机的转子极距角是90°），输出的值和40以及75进行逻辑运算。
当角位移位于40和75之间时输出信号1，否则输出信号0。
因为40和75分别是器件的开通和关断角，所以它的作用是：使各相信号的角位移在40与75之间时使该相导通，其他时刻关断。
至于开通角和关断角的设定，开通角通常在某一超前于电感上升区域处接通主电源,这样，定子电路起始的有效电感为最小，从而允许绕组电流迅速建立起来。
而关断角过小，会使电流的有效值变小,电机出力较小；而关断角过大,电流将进入电感下降区,使电机出现制动转矩，关断角通常设计在最大电感到达之前。
3.3 电流斩波控制模块和波形分析此模块的搭建思想是在电流斩波控制阶段通过设置电流斩波上、下限控制此阶段绕组电流的大小,如上图所示。
在搭建过程中用到滞环比较器(Relay)。
其原理为：此模块每相有两个输入信号(实际绕组输入电流i1和参考电流i), 输入电流i1从零开始上升,当超过参考电流i且偏差小于滞环比较器的上限iH时电流继续增大,如超出上限iH时开关管关断；当绕组电流i1降到与i的偏差大于置换比较器的下限iL时主开关管导通,绕组电流i1继续增大。