开关磁阻电机解析
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牵引电机
高转速电机（纺织机 航空发动机 电动工具 离 心传动）
功率范围
10W(n=10000r/min)~5MW(n=50r/min) 转速 100000r/min
英、美、加、前南斯拉夫、埃及、土耳其 美空军和GE公司联合开发航空发动用SRD 启动/发电机系统 30kW 270V 52000r/min
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
开关磁阻电机 Switch Reluctance Machine
开关磁阻电机及其发展 开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的控制系统及其实现 开关磁阻电机存在的问题及其发展方向
１开关磁阻电机及其发展
1.1开关磁阻电机传动系统ＳＲＤ 1.2开关磁阻电动机基本工作原理 1.3开关磁阻电机传动系统的特点 1.4开关磁阻电机发展概况
mU2 2
1 (
Xq
1 Xd
)sin 2
SR电机 定、转子均为凸极结构
反应式同步磁阻电机 定子为齿、槽均匀分布的光滑内腔
定子绕组为集中绕组
定了嵌有多相绕组，近似正弦分布
励磁是顺序施加在各相绕组上的电流 脉冲。
励磁是一组多相平衡的正弦波电流
各相磁链随转子位置作三角波或梯形 各相自感随转子位置作正弦变化，不
250kW 270V 23000r/min 我国研制了50W~30kW 20个规格SRD
北京纺织研究所、华工、南航、东南、浙大
1.4.2 开关磁阻电机的相数和结构
2 SR电机的基本电磁关系及运行原理
2.1 电感与转子位置角的关系 2.2 绕组磁链 2.3 磁化曲线 2.4 绕组电流 2.5 转矩与功率 2.6 开关磁阻电机中的能量关系 2.7 开关磁阻电机中的数学模型 2.8 SR电动机的运行状态与控制方式
SRD系统效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内 都较高
缺点
有转据脉动
转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，且有双凸极结构和 磁路非线性，合成转据不是恒定转据，有一定的谐波 分量
噪声与振动大
出线头多
1.4 开关磁阻电机发展概况
1.4.1 开关磁阻电机的发展及应用
1838年苏格兰 Davidson 蓄电池机车 1980年英国P.J.Lawrenson 1983年英国TASC Drives有限公司第一台SR
1.1 开关磁阻电机驱动系统ＳＲＤ
SRD（Switch Reluctance Drive） 系统的构成
1.1.1 开关磁阻电机
凸极定子和转子 沿直径方向两个定子上的绕组串联为“一相” 转子齿数为极数
四相8/6极SR电机
由同步电机的功角特性可知，凸极电机的电磁功率:
Pem
mE0U Xd
sin
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
n fD mNr 60
1.3 开关磁阻电机传动系统的特点
优点
SRM有较大的电机利用系数，可以是感应电机利用系 数的1.2~1.4倍
电动机结构简单，转子上没有绕组；定子上只有简单 的集中绕组，没有相间跨接线。
转矩与电流极性无关，单向电流激励。
对转速限制小，可制成高速电动机
通过对电流的通断、幅值控制，满足不同负载要求的 机械特性
d u d
令开关合闸瞬间（t=0）为初始状态
0 0,0 on (触发角)
d
u d
0
on
得
u (
on )
若关断角为θoff,则关断后磁链变化
d
u d
off
off
即
off
u
(off
)
整理得
u
(2off
on
)
一相绕组在通电、断电的一个变化周期内
u
(
on )
绕组导通和关断
1.2 开关磁阻电动机的基本工作原理
U
R’
V
1
W’ 2'
2 W
1'
V’
R
U’
V相通电
U R’
1
W’
1' V’
U’
V
W
R
R相通电
U R’
1
3' W’
1' V’
U’
V
W 3
R
W相通电
U
R’ 1
V 2
W’
W
2' V’
1' R
U’
U相通电
连续不断按U-V-W-R-U的顺序分别通电，电动机内 磁场沿U-V-W-R-U的顺序移动 转子沿U-R’-W’-V’方向即逆序转动
电机（7.5kW，1500r/min），1984年 4～ 22kW 4个规格系列 德国1984～1986年1kW、1.2kW、5kW 我国1985年开始研制，目前已有350W～ 30kW等规格
电动车驱动系统
家用电器(洗衣机 食品加工机械) 通用工业（风机 泵 压缩机 龙门刨 印花机器）
伺服与调速系统
K (Lmax Lmin ) /(2 1) (Lmax Lmin ) / s
βs表示定子齿极极弧宽度（角度）
2.2 绕组磁链
2.2.1 一相绕组磁通
一相电路电压方程
u ir d
dt
忽略绕组电阻
又 d 得 u d d
dt
dt d
或 d u d
“+”——绕组与电源接通 “-” ——电源断开后续流
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Nr次。 SR电动机的转速n(r/min)与电源输出频率f的关系
Βιβλιοθήκη Baidu
u
(2off
on
)
0
on off
off 2off on
0 on
2
off
on
2
/
N
r
2.2.2 开关磁阻电机的磁路及磁链
磁路可分为： 定子齿极 转子齿极 定子轭（均匀8段） 转子轭（均匀6段）
U
R’
V
1
W’ 2'
2 W
1'
V’
R
U’
每齿极磁通相位依次滞后τ/m
高转速电机（纺织机 航空发动机 电动工具 离 心传动）
功率范围
10W(n=10000r/min)~5MW(n=50r/min) 转速 100000r/min
英、美、加、前南斯拉夫、埃及、土耳其 美空军和GE公司联合开发航空发动用SRD 启动/发电机系统 30kW 270V 52000r/min
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
开关磁阻电机 Switch Reluctance Machine
开关磁阻电机及其发展 开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的控制系统及其实现 开关磁阻电机存在的问题及其发展方向
１开关磁阻电机及其发展
1.1开关磁阻电机传动系统ＳＲＤ 1.2开关磁阻电动机基本工作原理 1.3开关磁阻电机传动系统的特点 1.4开关磁阻电机发展概况
mU2 2
1 (
Xq
1 Xd
)sin 2
SR电机 定、转子均为凸极结构
反应式同步磁阻电机 定子为齿、槽均匀分布的光滑内腔
定子绕组为集中绕组
定了嵌有多相绕组，近似正弦分布
励磁是顺序施加在各相绕组上的电流 脉冲。
励磁是一组多相平衡的正弦波电流
各相磁链随转子位置作三角波或梯形 各相自感随转子位置作正弦变化，不
250kW 270V 23000r/min 我国研制了50W~30kW 20个规格SRD
北京纺织研究所、华工、南航、东南、浙大
1.4.2 开关磁阻电机的相数和结构
2 SR电机的基本电磁关系及运行原理
2.1 电感与转子位置角的关系 2.2 绕组磁链 2.3 磁化曲线 2.4 绕组电流 2.5 转矩与功率 2.6 开关磁阻电机中的能量关系 2.7 开关磁阻电机中的数学模型 2.8 SR电动机的运行状态与控制方式
SRD系统效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内 都较高
缺点
有转据脉动
转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，且有双凸极结构和 磁路非线性，合成转据不是恒定转据，有一定的谐波 分量
噪声与振动大
出线头多
1.4 开关磁阻电机发展概况
1.4.1 开关磁阻电机的发展及应用
1838年苏格兰 Davidson 蓄电池机车 1980年英国P.J.Lawrenson 1983年英国TASC Drives有限公司第一台SR
1.1 开关磁阻电机驱动系统ＳＲＤ
SRD（Switch Reluctance Drive） 系统的构成
1.1.1 开关磁阻电机
凸极定子和转子 沿直径方向两个定子上的绕组串联为“一相” 转子齿数为极数
四相8/6极SR电机
由同步电机的功角特性可知，凸极电机的电磁功率:
Pem
mE0U Xd
sin
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
n fD mNr 60
1.3 开关磁阻电机传动系统的特点
优点
SRM有较大的电机利用系数，可以是感应电机利用系 数的1.2~1.4倍
电动机结构简单，转子上没有绕组；定子上只有简单 的集中绕组，没有相间跨接线。
转矩与电流极性无关，单向电流激励。
对转速限制小，可制成高速电动机
通过对电流的通断、幅值控制，满足不同负载要求的 机械特性
d u d
令开关合闸瞬间（t=0）为初始状态
0 0,0 on (触发角)
d
u d
0
on
得
u (
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若关断角为θoff,则关断后磁链变化
d
u d
off
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即
off
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)
整理得
u
(2off
on
)
一相绕组在通电、断电的一个变化周期内
u
(
on )
绕组导通和关断
1.2 开关磁阻电动机的基本工作原理
U
R’
V
1
W’ 2'
2 W
1'
V’
R
U’
V相通电
U R’
1
W’
1' V’
U’
V
W
R
R相通电
U R’
1
3' W’
1' V’
U’
V
W 3
R
W相通电
U
R’ 1
V 2
W’
W
2' V’
1' R
U’
U相通电
连续不断按U-V-W-R-U的顺序分别通电，电动机内 磁场沿U-V-W-R-U的顺序移动 转子沿U-R’-W’-V’方向即逆序转动
电机（7.5kW，1500r/min），1984年 4～ 22kW 4个规格系列 德国1984～1986年1kW、1.2kW、5kW 我国1985年开始研制，目前已有350W～ 30kW等规格
电动车驱动系统
家用电器(洗衣机 食品加工机械) 通用工业（风机 泵 压缩机 龙门刨 印花机器）
伺服与调速系统
K (Lmax Lmin ) /(2 1) (Lmax Lmin ) / s
βs表示定子齿极极弧宽度（角度）
2.2 绕组磁链
2.2.1 一相绕组磁通
一相电路电压方程
u ir d
dt
忽略绕组电阻
又 d 得 u d d
dt
dt d
或 d u d
“+”——绕组与电源接通 “-” ——电源断开后续流
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Nr次。 SR电动机的转速n(r/min)与电源输出频率f的关系
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/
N
r
2.2.2 开关磁阻电机的磁路及磁链
磁路可分为： 定子齿极 转子齿极 定子轭（均匀8段） 转子轭（均匀6段）
U
R’
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1
W’ 2'
2 W
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每齿极磁通相位依次滞后τ/m