SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理
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
SRD开关磁阻电动机及其控制
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)。
开关磁阻电动机原理
通过合理选择导Lm通in 角 α1使相电流在进入有效工
作段时就达到足够大的数值，这是开关磁阻电机 控制电磁转矩的主要办法。
(2)第二段
t1 t t2 (1 2 )
• 这段期间 L在不断增大，因而相绕组中出现了旋转电势压降，绕 组中电流不能继续直线上升，甚至可能出现下降。求得这段期 间电流关系式为：
近似为一梯形波。
图5-24 相绕组电感变化规律
转矩特性
• 当开关磁阻电机由图 5-23所示的电源供电时，如果
电动机匀速旋转，可得
Us
L
di dt
iR i(5r-1L5)
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
设：定子绕组为m相，定子齿数 Ns=2m，转子齿数为Nr。
当定子绕组换流通电一次时，转子转过一个转子齿距。
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
(5-10) n 60 f
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
间在 1/4周期左右，再加上续流时间，整个 通电过程中相绕组有可能均处在电感随转角 而增长的环境中，电流能有效地产生电磁转 矩。
双四 拍 运 行(每相通电1/2周期)
• 缺点：
▪ 电流产生转矩的有效性将降低，而电流在绕组中的损耗 却随着通流时间的增长而增加。
▪ 此外，在双四拍工作方式下由于有两相同时通电，电机 磁路饱和加剧，会进一步降低电机的输出转矩，影响运 行的效果及性能。
开关磁阻电动机调速系统在空气压缩机上的应用
开关磁阻电动机调速系统（SRD）在空气压缩机上的应用图 1：开关磁阻电动机原理图一、 SRD 工作原理简介开关磁阻电动机（SRM ）是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。
定子、转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。
开关磁阻电动机可设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。
图1所示电动机为8/6极。
若以图1中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给A →B →C →D 相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给D →C →B →A 相通电，则电动机会顺时针方向转动。
开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，只取决于相绕组通电的顺序。
该电动机结构比鼠笼式交流异步电动机还要简单，其突出的优点是定子上只有几个集中绕组，转子上无任何形式的绕组，机械强度很高，制造简单、可靠性高。
控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断，从而使电动机旋转，旋转方向与电流方向无关。
通过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电动机的旋转方向，通过控制绕组的电流及开通与关断角度可以控制电动机的转速。
控制器原理如图2所示。
模拟量输入RS232模拟量输出开关量输入开关量输出图2：开关磁阻电动机控制器原理图二、SRD系统特性开关磁阻电动机调速系统是由嵌入式微处理器、大规模数字模拟器件、电力电子功率器件及开关磁阻电动机共同组成的新型调速系统，其性能指标比普通交流变频调速系统及直流电机调速系统都要好，它是一种新颖的、高性价比的、具有典型机电一体化结构的无级调速系统。
该系统具有以下优点：1.系统效率高开关磁阻电动机调速系统在其宽广的调速范围内，整体效率比其它调速系统高出至少10%。
在低转速及非额定负载下高效率更加明显。
2.调速范围宽，低速下可长期运转开关磁阻电动机调速系统在整个调速范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
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
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（二）?（低轴阻发电机参考资料）??????1 引言开关磁阻电机驱动系统(SDR)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。
这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。
SR电机是一种机电能量转换装置。
根据可逆原理，SR电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能—电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。
本文将从SR电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理。
2 电动运行原理2.1 转矩产生原理控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息，结合给定的运行命令(正转或反转)，导通相应的定子相绕组的主开关元件。
对应相绕组中有电流流过，产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。
当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时，电磁转矩消失。
此时控制器根据新的位置信息，在定转子即将达到平衡位置时，向功率变换器发出命令，关断当前相的主开关元件，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置转动;这样，控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就可产生连续的同转向的电磁转矩，使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最隹状态下运行。
图1 三相sr电动机剖面图从上面的分析可见，电流的方向对转矩没有任何影响，电动机的转向与电流方向无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。
若通电顺序改变，则电机的转向也发生改变。
为保证电机能连续地旋转，位置检测器要能及时给出定转子极间相对位置，使控制器能及时和准确地控制定子各相绕组的通断，使srm能产生所要求的转矩和转速，达到预计的性能要求。
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）
Uk
Rkik
k
ik
dik k dt
dt
Rkik
(LK
ik
LK ik
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统
开关磁阻电机工作原理及其驱动系统开关磁阻电机Switched Reluctance Drivesystem, SRD开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drive system, SRD)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，起动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。
这使得SR电机驱动系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。
SR电机是一种机电能量转换装置。
根据可逆原理，SR电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能——电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能——发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。
开关磁阻电机的发展概况和发展趋势“开关磁阻电机(Switched reluctance motor)”一词源见于美国学者S.A.Nasarl969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：①开关性——电机必须工作在一种连续的开关模式，这是为什么在各种新型功率半导体器件可以获得后这种电机才得以发展的主要原因；②磁阻性——它是真正的磁阻电机，定、转子具有可变磁阻磁路，更确切地说，是一种双凸极电机。
开关磁阻电机的概念实际非常久远，可以追溯到19世纪称为“电磁发动机”的发明，这也是现代步进电机的先驱。
在美国，这种电机常常被称为“可变磁阻电机(variable reluctance motor, VR电机)”一词, 但是VR电机也是步进电机的一种形式，容易引起混淆。
有时人们也用“无刷磁阻电机(Brushless reluctance motor)”一词，以强调这种电机的无刷性。
“电子换向磁阻电机(Electronically commutated reluctance motor)”一词也曾采用，从工作原理来看，甚至比“开关磁阻”的说法更准确—些，但也容易与电子换向的水磁直流电机相混淆。
(完整版)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（二）（低轴阻发电机参考资料）1 引言开关磁阻电机驱动系统(SDR)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。
这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。
SR电机是一种机电能量转换装置。
根据可逆原理，SR电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能—电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。
本文将从SR 电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理。
2 电动运行原理2.1 转矩产生原理控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息，结合给定的运行命令(正转或反转)，导通相应的定子相绕组的主开关元件。
对应相绕组中有电流流过，产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。
当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时，电磁转矩消失。
此时控制器根据新的位置信息，在定转子即将达到平衡位置时，向功率变换器发出命令，关断当前相的主开关元件，而导通下一相，则转子又会向下一个平衡位置转动;这样，控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关，就可产生连续的同转向的电磁转矩，使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小，就可使系统在最隹状态下运行。
图1 三相sr电动机剖面图从上面的分析可见，电流的方向对转矩没有任何影响，电动机的转向与电流方向无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。
若通电顺序改变，则电机的转向也发生改变。
为保证电机能连续地旋转，位置检测器要能及时给出定转子极间相对位置，使控制器能及时和准确地控制定子各相绕组的通断，使srm能产生所要求的转矩和转速，达到预计的性能要求。
开关磁阻电动机原理演示文稿
α 图5-26 不同 1 时相电流波形
(3)第三段 t2tt3(2 3)
在反向电压－Us的作 用 下 绕 组 磁 链 开 始 线
性 下 降，电 流 也 逐 渐 减小。
由于在这一区间仍是 L/，续0流电流仍产生电
动转矩，说明在这一阶段电机中的磁场储能有一 部分转化为有用的机械能从电机轴上输出，而另 一部分转化为电能回馈给了电容器。
i Ust
Lk
r
Lt
(5-1(9i)0)
式中
LKLmi n L(11)
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。
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α1，不 同 α1的可能形成
不同的电流波形。 如图 5-26所示。
设：定子绕组为m相，定子齿数 Ns=2m，转子齿数为Nr。
当定子绕组换流通电一次时，转子转过一个转子齿
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
f
n 60
Nr
(5-10)
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
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。
转速的计算
由于开关磁阻电机的转矩是靠定、转子的凸极效应产生，与绕组中 所通电流极性无关，因此每相绕组中通入的可以是单方向的电流(脉 冲)，无须交变。这样不但可使控制每相电流的功率开关元件数量减 少一半，而且可以避免一般电压型逆变器中最危险的上、下桥臂元 件直通的故障，不但显著降低控制装置的成本，而且大大提高了系 统的安全可靠性。
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。
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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SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理
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。
(end)tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
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