开关磁阻电机调速系统
开关磁阻调速电机系统概述
（ 山煤 电 （ 团 ） 司 机 电 总厂 ， 西 集 公 山西 太 原 ００５ ） ３０ ３
摘
要
开 关磁 阻调速 电动机 系统是 ２ 纪 ８ 代 初 随 着 电 力 电子 、 电脑 和 自动控 制技 术 ０世 ０年 微
的迅 猛发展 而研 发 的 一种新 型调 速驱 动 系统 ， 它兼 具 交 直流 调速 的优 点 ， 继 变频 调 速 系统 、 刷 直 是 无
流 电动机 调速 系统 而 出现 的新 一代 的无极 调速 系统 。论 述 了开 关磁 阻调速 电动机 系统 的组成及 工作 原理 ， 分析 了其与 以往 调速 方式 相 比较 的优 缺 点及 Ｓ Ｄ产 品 的新 发展 。 Ｒ
关键 词 开 关磁 阻 电机 ； 关磁 阻控 制 器 ； 关磁 阻调 速 电动机 开 开
用 ， 圈嵌放 容易 ， 作 方 便 ， 部 短 而牢 固 ， 严 谨 线 制 端 其 的设 计结 构使 得工 作 可 靠 ， 能适 用 于各 种 恶 劣 、 高温 甚 至强振 动 的环境 。 ２ ）控制 器 的工作 原理简 单 ， 电路设 计 思路 宽 ， 后 续 改进 幅度 大 ， 易实 现 智 能 化 与集 成 化 ； 转 矩 方 较 其 向与 电流流 向无关 ， 而可最 大 限度地 简化 功率 变换 从 装置 ， 降低 系统 的制造 成本 。 ３ ）由控 制器 根 据 起 动 与运 行 的不 同 ， 以预 定 可 控 制起 动极 导通 时 问 ， 协调 各 极 通 电 时差 ， 以 可 以 所 使 电机起 动 转矩增 大 ， 相对其 他起 动方 式起 动 电流缩 小 ，０ 额 定 电 流对 应 １０ 额 定 转矩 ， 用 于 频 繁 ３％ ５％ 适 起 制 动 和正反 转 ， 特别 适 合 重 载起 动 、 频繁 起 动 的机
开关磁阻电机调速系统标准
开关磁阻电机调速系统标准
关于开关磁阻电机调速系统的标准，通常会包括以下内容：
1. 电机性能标准：包括电机的额定功率、额定转速、额定电压、额定电流等参数的要求，以及电机的效率、功率因数、噪音和振动等性能指标的限制。
2. 控制系统标准：包括电机调速系统的控制器、传感器、接口和通信协议等方面的要求，确保系统能够稳定可靠地实现调速功能。
3. 安全标准：包括电机调速系统的安全保护装置、对电气和机械安全的要求，以及对人身和设备安全的保护措施等内容。
4. 环境适应性标准：包括电机调速系统在不同环境条件下的适应性要求，如温度、湿度、震动等方面的要求。
5. 能效标准：包括电机调速系统的能效要求，确保系统在不同负载和转速下能够实现高效节能的运行。
这些标准的制定和执行可以帮助确保开关磁阻电机调速系统的性能、安全性和可靠性，促进该技术在各个行业的应用和推广。
同时，
也有助于推动相关技术的研发和创新，促进整个电机调速系统行业的发展。
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。
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真在开关磁阻电机调速系统中，主要包括开关磁阻电机、功率电子器件
和控制算法三个主要部分。
其中，开关磁阻电机由转子和定子组成，通过
改变定子和转子之间的磁阻能够实现转速的调节。
功率电子器件用于控制
电机的输入和输出电力，常用的有IGBT、MOSFET等。
控制算法主要用于
实现对电机的调速控制，常用的方法有PID控制、模糊控制等。
在进行MATLAB仿真时，需要建立相应的数学模型。
首先需要将电机
的转动方程和电磁方程建立起来，然后根据电机的特性进行参数设置和仿
真实验设计。
可以通过MATLAB的仿真工具箱来实现对开关磁阻电机调速
系统的仿真，该工具箱提供了丰富的函数和算法，能够方便地进行系统建
模和仿真。
在进行仿真实验时，可以通过改变不同的参数来观察系统的动态响应。
例如，调整PID控制器的参数以改变电机的调速性能，通过观察电机的转
速和转矩变化情况来评估调速系统的性能。
同时，还可以分析电机控制系
统的稳定性、鲁棒性等，并对系统进行优化。
总之，开关磁阻电机调速系统的研究和MATLAB仿真是提高电机性能
和控制精度的重要手段。
通过建立数学模型和进行仿真实验，可以对系统
进行分析和优化，为实际应用提供参考和指导。
同时，也为开关磁阻电机
的进一步研究和应用奠定了基础。
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。
开关磁阻电动机调速系统课件
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
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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
开关磁阻电机及其调速系统
第二章开关磁阻电机及其调速系统2.1 开关磁阻电机的发展概况磁阻式电机诞生于160年前，一直被认为是一种性能不高的电机。
然而通过近20年的研究与改进，使磁阻式电机的性能不断提高，目前已能在较大功率范围内不低于其它型式的电机[9]。
70年代初，美国福特电动机（Ford Motor）公司研制出最早的开关磁阻电机调速系统。
其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。
70年代中期，英国里兹（Leeds）大学和诺丁汉（Nottingham）大学，共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电机调速系统。
样机容量从10W至50KW，转速从750 r/min至10000 r/min，其系统效率和电机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。
该产品的出现，在电气传动界引起了不小的反响。
在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛使用的一些变速传动系统。
近年来，国内外已有众多高校、研究所和企业投入了开关磁阻电机调速系统的研究、开发和制造工作。
至今已推出了不同性能、不同用途的几十个系列的产品，应用于纺织、冶金、机械、汽车等行业中。
目前，在汽车行业意大利FIAT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都采用了开关磁阻电机。
SRM是没有任何形式的转子线圈和永久磁铁的无刷电动机，它的定子磁极和转子磁极都是凸的。
由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流，其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。
SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点，这是其它调速系统难以比拟的，作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。
然而目前SRM还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点，所以，它的广泛应用还受到限制。
2.2 开关磁阻电机的基本结构与特点开关磁阻电机为定、转子双凸极可变磁阻电机。
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。
开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统电动机作为一种量大面广的机电产品，是最主要的电能消耗设备，在我国，仅中小型电动机所消耗电能就占全国发电量的60%以上。
在各类电动机中，需要调速运行或可采用调速运行的近三分之一。
这些电动机采用调速节电技术后，平均节电率可达20%，每年能够为国家节约用电数百亿度，具有巨大的经济与社会效益。
开关型磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Driver，简称SRD）是以现代电力电子与微机控制技术为基础的机电一体化产品。
它由开关型磁阻电动机（简称SR电动机）与微机智能控制器两部分组成，其突出特点是效率高、节能效果好，调速范围广，无起动冲击电流，起动转矩大，控制灵活，此外，还具有结构简单、坚固可靠，成本低等优点。
除可以取代已有的电气传动调速系统（如变频调速系统）外，SRD还十分适用于运输车辆驱动、龙门刨床、提升机械等需要重载起动，频繁起动、正反转，长期低速运行等特殊应用场合。
SRD是当代电气传动领域的热门课题。
国外已有正式的产品，我国已从理论研究迈步到工业应用阶段。
目前，SRD技术正处于产业化突破的关键时期，谁开发出了成熟的工业化产品，谁就抢得了市场先机，必将能够获得丰厚的利润回报。
2001年，山东科汇电气股份有限公司与淄博牵引电机（集团）股份有限公司合作，发挥两个单位分别在电力电子技术与电机技术开发方面的优势，加快SRD产品开发进度。
SRD课题组与北京交通大学、山东理工大学合作，攻克了数个技术难关，已推出1.1kW～132kW 具有自主知识产权的系列产品，鉴定为世界先进产品，具备了批量生产条件。
SRD技术特点（1）效率高，节能效果好。
在所有的调速和功率范围内，SRD整体效率比交流异步电动机变频调速系统（简称变频调速）至少高3%以上，在低速工作的状态下其效率能够提高10%以上。
与直流调速、串级调速、电磁调速等系统相比，SRD节电效果更明显。
（2）起动转矩大，特别适合于那些需要重载起动和负载变化明显并且频繁的场合。
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。
开关磁阻电机调速系统的技术先进性说明
开关磁阻电机调速系统的技术先进性说明（一）实测特性1、开关磁阻电机的空载特性通过对37KW开关磁阻电机调速系统进行空载实验，得出电机的空载特性曲线。
37KW开关磁阻电机空载特性曲线从上图可以看出，随着转速的增加，开关磁阻电机的转矩呈逐渐上升的趋势，表明SRD控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧可得到较大的起动转矩。
2、不同负载功率下的SRM的效率变化实验分别测定了37KW的开关磁阻电动机、三相异步电机和带变频器三相异步电机三种转速下不同负载下的效率。
额定转速(1500r/min)不同负载下SRM的效率三相异步电动机额定转速(1500r/min)不同负载下效率变频器+异步电动机额定转速(1500r/min)不同负载下的效率从上图可以看出，同样在转速为1500r/min时，三种电机的效率都可以达到90%左右；但在低负载时，三相异步电动机的效率会明显变低，即使与变频器相结合，其效率也未得到改善，而SRM电动机的效率则要明显地高。
同样地，比较转速1000r/min不同输出功率下SRM的效率和变频器+异步电动机额定转速(1000r/min)不同负载下的效率中的实验结果可以看出，当电机的转速降为1000r/min时，带变频器三相异步电动机的效率在低负载下的效率会更差。
比如当外加负载同为3KW时，SRM的效率仍可达80%，但即使使用了变频器的三相异步电动机的效率却只有30%左右。
转速1000r/min不同输出功率下SRM的效率变频器+异步电动机额定转速(1000r/min)不同负载下的效率转速500r/min下不同输出功率下SRM的效率变频器+异步电动机额定转速(500r/min)不同负载下的效率转速500r/min下不同输出功率下SRM的效率和变频器+异步电动机额定转速(500r/min)不同负载下的效率中的实验结果也进一步表明，当转速进一步降低至500r/min时，SRM的效率基本不受影响，而变频器+异步电动机在低负载时，其效率会更低。
开关磁阻电动机调速系统
图10-17 转子位置基本信号（四相8/6极结构）
10.2.2 开关磁阻电动机的转矩分析
表示： Lmin
L
K (
Lmax
0
)
Lmin
Lmax K ( 2 )
0 0 0 1 1 2 2 3
图10-18 理想磁导和电感曲线
10.2.2.4 基本转矩计算
T 1 i2 L
2
电动机的基本转矩计算式
KT
1 2
Lmax
s
0
T
KT
i
2
0
KT i2
0 0 0 1 1 2 2 3
得到磁储能的计算式：
Wf
1 Li2 2
10.2.2.3 理想电感计算
在忽略铁心部分磁饱和的情况下，可将铁心材
料的磁导率视为无限大，则磁路的磁导仅由气隙
导构成，气隙磁通 为 F F iN
式中，F为绕组励磁磁势，N为绕组匝数。
考虑到 N
则得 L N 2
即绕组电感与气隙磁导成正比，理想电感可如下
（2）角度控制与电动机转矩和转速 在电动状
态下，由上节电动机的电流分析知，开通角on 提
前，则在最小电感去段电流上升时间加长，使电 流波形：①加宽；②峰值和有效值增加；
③与电感波形的相对位置变化。
off 改变 on使电感上升段电流变化，从而改变了电
动机转矩。当电动机负载一定时，改变其转矩进 一步改变了转速。
第十章 开关磁阻电动机调速系统
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真
本科毕业（设计）论文摘要开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor，简称SRM)调速系统(Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD)是一种新型的调速系统。
因其结构简单，鲁棒性好，启动转矩大及调速范围宽等特点，日益受到国内外学者的关注.本文着重描述了开关磁阻电动机的非线性数学模型，并通过MATLAB仿真对调速系统进行了仿真，结果表明数学模型与仿真结果基本吻合。
关键词：开关磁阻电动机；调速系统；数学模型；MATLAB仿真开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真ABSTRACTSwitched Reluctance Motor Drive is a new adjustable-speed motor system.Its structure is simple,SRD has robust very well.Its starting torque and a wide range of characteristics of speed, increasing the concern of scholars at home and abroad. This article focuses on the SRM nonlinear mathematical model, and the speed regulation system was studied through MATLAB,The results show that mathematical models and simulation basically consistent with the results.Key words: switched reluctance motor drive；Speed Control Systemmathematic model；MATLAB simulation本科毕业（设计）论文目录摘要 (I)ABSTRACT .......................................................... I I1.1开关磁阻电机调速系统的历史及发展现状 (1)1.2开关磁阻电机调速系统概述 (2)1.2.1开关磁阻电机的基本结构和原理 (2)1.2.2 SRD系统的组成 (5)1.2.3 SRD系统的特点和优点 (6)1.3开关磁阻电机调速系统的研究和发展方向 (7)1.4本设计要做的工作 (8)第二章 SR电机数学模型的建立 (9)2.1 SR电机的模型 (9)2.1.1建立模型常用的方法 (9)2.1.2 SR电机的方程 (10)2.2 SR电机系统的线性分析 (12)2.2.1电感与转子位置角的关系分析 (12)2.2.2基于线性模型的绕组电流分析 (14)2.3电磁转矩的分析 (18)2.4转速的控制 (18)2.5基于非线性电感特性的SR电机的数学模型 (19)2.5.1绕组非线性电感特性研究 (19)2.5.2 SR电机的非线性数学模型 (20)第三章 SRD系统的控制策略 (24)3.1开关磁阻电机主要的几种控制方式 (24)3.1.1角度位置控制 (24)3.1.2电流斩波控制 (25)3.1.3电压PWM控制 (26)3.2本系统控制方式的确定 (27)3.3 SR电动机起动过程分析 (28)开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真3.3.1单相起动方式 (28)3.3.2双相起动方式 (29)3.4 SR电动机运行噪声分析 (30)第4章开关磁阻电机调速系统MATLAB/SIMULINK仿真 (32)4.1仿真软件MATLAB简介 (32)4.2 SRD调速控制策略的研究 (34)4.2.1 SR电机的运行特性 (34)4.2.2控制策略 (35)4.3 SRD的仿真研究 (37)4.3.1逆变器模型 (37)4.3.2 SR电机模型 (37)4.3.3 SRD系统模型 (38)4.3.4 电流控制器模型 (39)4.3.5角度控制模型 (40)4.3.6仿真结果与分析 (41)结束语 (44)致谢 (45)参考文献 (46)本科毕业（设计）论文第1章绪论开关磁阻电机调速系统简称SRD(Switched Reluctance Motor Drive)系统，它是继变频调速、无换向器电动机调速系统之后，于80年代中期发展起来的新型交流调速系统。
开关磁阻电机调速系统设计
5. 在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率。 6. 起动转矩大，适用于危险环境，控制灵活。 就目前的发展水平而言，SR 电动机存在的主要缺点是： 1. 采用的磁阻式电动机，其能量转换密度低于电磁式电动机。 2. 转矩脉动大，以及其导致的噪声及特定频率下的谐振问题也较为突出。 3. 相数较多，主接线数较多。 4. 需要根据定、转子的相对位置投励。 5. 不能像笼型异步电动机那样直接接入电网作稳速运行，而必须与控制器一同使用。
开关磁阻电机调速系统设计
摘 要
开关磁阻电动机——通过电子电路轮流接通和断开各相绕组使电机旋转得磁阻式电动机。 装有转子位置传感器，以类似于无刷直流电动机的方法进行控制，可以调速，因绕组为单相通 电，其电子电路简单可靠。 （见 1999 年版《辞海》 ） 。是传统的磁阻电动机和当今电力电子技术 相结合的产物。 本设计主要阐述了当前应用比较广的一种调速系统， 简述了开关磁阻电动及调速系统的发 展论述了功率变换器的设计， 速度调节器的设计， 速度检测法在调速系统中的应用以及脉宽调 速系统的设计。 从而完成了一整套开关磁阻电动机调速系统的设计。 本设计主要以模拟电路为 主，并应用了目前最新的电力电子器件智能功率模块（IPM）替代原有的 IGBT。本设计应用 单闭环调速系统，速度环节增加了速度显示，能清楚的知道每个时刻电动机的转速情况。是一 种非常实用的开关磁阻电动机调速系统。
第四节 SRD 基本结构与原理
SRD 的基本结构如图（1.2）所示：
图 1.2 SRD 基本构成
SR 电动机是 SRD 中实现机电能量转换的部件，也是 SRD 有别与其它电动机驱动系统的主 要标志。 功率变换器向 SR 电动机提供运转所需的能量，由蓄电池或交流电整流后得到的直流电供 电。由于 SR 电动机绕组电流是单向的，使得其功率变换器主电路不仅简单，而且具有普通交 流及无刷直流驱动系统所没有的优点， 即相绕组与主电路的主开关器件是串联的， 因而可预防 短路故障。SR 电动机的功率变换器主电路的结构型式与共电电压、电动机相数及主开关器件 的种类有关。 控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的 反馈信息，控制功率变换器中主开关的工作状态，实现对 SR 电动机运行状态的控制。通过分 析知道，控制信号加到 SR 电动机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置，既可 控制 SR 电动机转矩的大小和方向。
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开关磁阻电机调速系统（简称SRD系统）是一种新型的无级交流调速系统，它兼有交直流调速系统的优点，①电机结构简单坚固，免维护，调速方便，性能可靠，可以频繁起制动、正反转，电机不怕热。
②电机起动转矩为额定转矩的150%，而起动电流仅为额定电流的30%。
③电机空载电流仅为额定电流的1%。
④电机特有断电制动功能，避免床面冲出工作台。
诸多的优点使其在多种调速方案中脱颖而出，在诸如龙门刨床频繁正反转起制动的机械上应用，效果尤为突出。
2005年10月，国家发改委、科技部、国家环保总局联合发布节能指导文件，已把开关磁阻电动机调速系统作为节能产品进行推广，在市场上已经得到认可，其节能降噪，提高可靠性等优点已经得到广大改造用户的赞扬和肯定。
开关磁阻调速电动机系统开关磁阻电机系统是一种机电一体化节能型调速电机系统。
开关磁阻电机的原理遵循“磁阻最小的原理”磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因而磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩，开关磁阻电机系统是由开关磁阻电动机、功率变换器及控制器组成。
同传统的直流及交流电机调速系统比较，具有以下优点：电机结构简单、坚固、制造成本低；效率高，不仅在额定输出状态下，而且在宽广的调速范围内也能保持高效率运行；一般系统效率达80%以上；启动转矩大、启动电流小；制动性能好，能实现再生制动，节约电能效果显著；系统调控性能好，可实现四象限控制灵活控制；维护方便，具有无刷结构，适合于在高粉尘、高速、易燃易爆等恶劣环境下运行；可以在各行各业应用。