开关磁阻电机及其控制系统
基于ARM的开关磁阻电机控制系统
控制 与应 用技术 Ｅ Ａ ＭＣ
基 于 ＡＲ 的 开 关 磁 阻 电机 控 制 系 统 Ｍ
鲍远 慧 ， 段 琼 ， 杨 艳 丽 （ 肥 工业 大 学 电气 与 自动 化 工程 学 院 ， 合 安徽 合肥
摘
２００ ） ３ ０ ９
Ａ ｓ ａ ｔ ｗ ｔ ｅ ｅ ｃａ ｃ ｏ ｒｄｉｅ（ Ｒ ｂ ｔ ｃ ：Ａ ｓ ｉ ｈ ｄ ｒｌ ｔｎ ｅ ｍ ｔ ｒ ｒ ｃ ｕ ｏ ｖ Ｓ Ｄ） ｏ ｔ ｅ —ｈ ｓ ８ ｓ ｉ ｈ ｄ ｒｌ ｔｎ ｅ ｍ ｔ Ｓ Ｍ ） ｆ ｈ ｅ ｐ ａ ｅ １ ／ ｗ ｔ ｅ ｅ ｃａ ｃ ｏｏ ｒ ２ ｃ ｕ ｒ（ Ｒ
ｌｎ ｈ ｏ ｒｏ ｒ ｒｏ ａ ｈ ｐｈ ｓ Ｈａ ｄ ｒ ｉｃ ｉｓ ａ ｏｔ ｒ ｔａ ｅ ｉｓ ｏ ｗｅ ｎｖ ｒｅ ｎ ｔ ｒｖ ｐ ｉ ｉｇ ｔ ｅ ｐ ｗｅ — ｎ ｏ ｄｅ ｆｅ ｃ ａ ｅ． ｒ ｗａ ｅ ｃｒ ｕｔ ｎｄ ｓ ｆ ｗａ ｅ ｓｒｔ ｇｅ ｆｐｏ ｒｉ ｅｔ ｒａ ｄ ｉｓｄ ｉｅ， ｏｓ—
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｉ ｈ ｄ ｒ ｌｃａ ｃ ｔｒ（ Ｒ ） ｏ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒ ｐ ｓ ｉｎ ｄ ｔｃｉ ｙｗｏ ｄ ： ｗ ｔ ｅ ｅ ｔｎ ｅｍｏｏ Ｓ Ｍ ；ｐ ｗ ｒｃ ｎ ｅ ｔ ； ｏ ｉｏ ｅｅ ｔ ｎ ｃ ｕ ｅ ｔ ｏ
０ 引 言
开 关 磁 阻 电 机 （ ｗｔｈ ｄ Ｒ ｌｃａｃ ｔｒ Ｓ ｉ ｅ ｅ ｔ ｅ Ｍｏ ， ｃ ｕ ｎ ｏ
ｂ ｓ ｄ ｏ ＲＭ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ ． ｈ ａｅ ｎ Ａ ｗａ ｒ ｓ ｎｅ Ｔ ｅ ＡＲＭ Ｐ ２ ４ ｒｇ ｌｔｄ ｓ ｅ ｄ ｏ ＲＭ ｙｃ ｌ ｃｉ ｇｆ ｅ ｂ ｃ ｉ ｎ ｌ ａ ｄ ｃ ｎｒ ｌ Ｌ Ｃ ２１ ｅ ｕ ａ ｅ ｐ ｅ ｆ Ｓ ｂ ｏ ｌ ｔ ｄ ａ ｋ ｓｇ ａｓ ｎ ｏ ｔ — ｅ ｎ ｅ ｏ
开关磁阻电机调速控制系统硬件设计
６ ４ Ｉ 建援辍磐 瘟嘲 ・ ２ ０ １ ４ 年 第１ 期
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ＆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ研 究 与 设 计
变频 辩 ｗｗｗ ｃ ｈｉ ｎ ａ ｂ ｉ ａ ｎｐ ｉ ｎ． ｃ ｏ ｍ
利 于减少 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 构和三相 （ １ ２ ／ ８ ） 结 构。 图１ 是三相结构 Ｓ Ｒ Ｍ电动机原理 图。为简单计 ， 图中只画 出 Ａ相绕组及其供 电电路 。Ｓ Ｒ Ｍ 的运行原 理遵 循“ 磁阻最 小原理 ” 一 磁通 总要沿着磁 阻最小 的路径 闭合 ，而具有 一 定 形状 的铁心在移动 到最小磁 阻位 置时 ， 必使 自己的主轴 线与磁场的轴线 重合 。 图 ２中 ， 当定子 Ｃ — Ｃ’ 极励磁 时 ， １ － １ ’ 向定子轴线 Ｃ — Ｃ ’ 重合的位置转动 ，并使 Ｃ相励磁 绕组的 电感最大 。若 以图中定 、 转 子所处 的相对 位置作为起 始位 置， 则依次 给 ｃ —Ａ — Ｂ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 ， 若 依次给 Ｂ —Ａ — ｃ相通
Ｄ Ｓ Ｐ控制器 、 位置检 测 电路 、 电流检测 电路 、 信号转 换 、 显
示电路等组成 。本系统的硬件框 图如 图所示。
的全部 优点 ， 而且具有结构 简单 、 成本低 、 起 动性能好 、 调
速 范围宽等优点 ，所 以被广 泛应用 于各种工程 控制领域
中。
在 现 代 调 速 系统 中 ，开 关 磁 阻 电机 调 速 （ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｒ ｅ ｌ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ Ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ， Ｓ Ｒ Ｄ ） 系统具有结构简单 、 成本低 、 损耗小 、
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。
开关磁阻电机控制系统的结构组成。
开关磁阻电机控制系统的结构组成包括以下几个方面：控制器：控制器是开关磁阻电机控制系统的核心部分，它根据输入的指令信号，经过处理后，向电机的主电路输出相应的控制信号，控制电机的转速和转向。
控制器主要由功率电路和控制电路组成，其中功率电路主要完成对电机主电路的控制，而控制电路则负责接收和处理输入的指令信号。
功率变换器：功率变换器是开关磁阻电机控制系统的重要组成部分，它能够根据控制器的控制信号，对电机的输入电源进行调制，从而实现对电机转矩和转速的控制。
功率变换器一般由开关管、二极管等电子元件组成。
位置检测器：位置检测器用于检测电机的转子位置和转速，将检测到的信号反馈给控制器，控制器再根据反馈信号调整控制信号，实现电机的闭环控制。
开关磁阻电机：开关磁阻电机是开关磁阻电机控制系统的被控对象，它是一种双凸极可变磁阻电机，其转子的凸极和定子的凸极相对，当电流通过电机绕组时，产生磁场使转子旋转。
总的来说，开关磁阻电机控制系统通过控制器、功率变换器、位置检测器和开关磁阻电机的协同工作，实现对电机的高效、精确控制。
开关磁阻电机控制系统
开关磁阻电机控制系统摘要:开关磁阻电机(SRM)是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。
它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高,可以进一步提升系统的安全稳定性。
关键词：驱动系统；电动机；开关磁阻电机1引言开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志。
与反应式步进电机相似,SR电机系双凸极源可变磁阻电动机,其定,转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成,且定,转子极数不同。
定子上装有简单的集中绕组,转子只由叠片构成,没有绕组和永磁体。
功率变换器向SR 电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到知的直流电供电。
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,控制功率变换器中道主开关器件的工作状态。
2电动机的种类区分如今最常使用的电动机分别有一下四类（1）直流电动机直流电动机的成本低廉、电路简单、易于实现平滑调速，同时有着良好的四象限运行能力，满足用于电动汽车的部分需求。
然而传统直流电机存在机械换向器和电刷，运行中会产生电火花和电磁辐射，从而干扰到车辆的电子控制系统，不利于车联网体系的建立。
除此之外，机械换向器有着极为复杂的结构，难以简单制造且使车速到达高速。
（2）交流感应电机交流感应电机一般采用六用鼠笼型的结构，对比与其他电机，三相鼠笼型电动机成本较低，运行效率高，拥有良好的可靠性的同时便于维修的优点，而且体积小。
通过一定的控制策略，，交流感应电机也可以实现类似于直流电机的良好调速特性。
但与此同时，交流感应电机用电量大，在使用过程中发热严重，调速性能不佳，控制系统复杂且需要一定的成本。
（3）无刷永磁电机永磁电机是一种高性能新兴电机。
永磁无刷直流电机结构中不含换向器和电刷，这样一来永磁电机一方面继承了直流电机优秀的调速性能又避免了机械换向器和电刷带来的负面影响。
相较于此前介绍的几种电机，永磁电机有更高的功率和转矩，极限转速高、制动性能好。
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首先，让我们来了解开关磁阻电机的原理。
它由一组互相串联的磁电阻元件组成，安装在定子上。
这些磁电阻元件是由永磁材料制成的，具有高磁导率。
当电流通过磁阻元件时，它们变为“ON”状态，并形成低磁阻通路，允许磁通通过。
当电流终止时，它们恢复为“OFF”状态，形成高磁阻通路，磁通不再通过。
这种可逆性允许电机在电流方向改变时，磁通的方向也随之改变，从而实现了转子的转动。
1.电源：为电机提供所需的电能。
通常使用直流电源来驱动开关磁阻电机，但也可以使用交流电源。
2.驱动电路：将电源提供的直流电转换为适合电机工作的电流和电压。
驱动电路通常由功率放大器和控制电路组成。
功率放大器用于放大驱动电流，以控制磁阻元件的磁化状态。
控制电路用于监测电机的运行状态，并根据需要调整驱动信号。
3.控制电路：根据用户的指令或外部传感器的反馈信号，控制电机的运行速度和转向。
控制电路根据需要向驱动电路发送控制信号，以改变驱动电流的大小和方向。
开关磁阻电机的驱动系统通过控制磁化状态来改变磁通，从而控制电机的转动。
当需要驱动电机时，控制电路向驱动电路发送启动信号，驱动电路放大信号并向磁阻元件提供足够的电流，使其进入“ON”状态。
这时，磁通开始通过，产生转矩，驱动转子开始转动。
当需要改变电机的转向时，控制电路改变驱动电流的方向，使磁通方向相应改变。
需要注意的是，开关磁阻电机的驱动系统需要根据具体的电机参数和工作要求进行设计和调整，以实现最佳的性能和效率。
驱动系统应能提供足够的功率和精确的控制，以满足电机的转矩和速度需求，并确保电机的稳定运行。
综上所述，开关磁阻电机的工作原理基于磁阻效应，并由驱动系统控制。
驱动系统由电源、驱动电路和控制电路组成，通过改变磁化状态来改变磁通，从而驱动电机的转动。
这种电机具有结构简单、转速范围广、效率高等特点，适用于许多工业应用领域。
电子教案 项目16 开关磁阻电机
环节3：
1、开关磁阻电机的特点
开关磁阻电机(Switched Reluctance，SR)是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外逃匿电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体高新技术，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。
（1）开关磁阻电机的优点
1）电机结构简单，成本低，可用于高速运转；
2）功率电路简单可靠；
3）系统可靠性高；
4）启动转矩大，启动电流低；
5）适用于频繁启停及正反向转换运行；
6）可控参数多，调速性能好；
7）效率高，损耗小；
8）可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
（2）开关磁阻电机的缺点：
1）有转矩脉动；
2）开关磁阻电机传动系统的噪声与震动比一般电机大；
（4）掌握开关磁阻电动机的特点及应用。
能力目标
（1）掌握开关磁阻电机的结构组成
（2）掌握开关磁阻电机的工作原理
（3）掌握开关磁阻电机控制系统的工作原理。
二、教学内容
开关磁阻电机的结构，工作原来及控制技术
三、重点难点
教学重点
1.开关磁阻电机控制系统的结构组成
教学难点
1.开关磁阻电机控制系统的工作原理。
3.开关磁阻电动机控制技术
开关磁阻电动机调速系统SRD (Switched Reluctance Drive)是继变频调速系统、无换向器电动机调速系统之后发展起来的最新一代交流无级调速系统。它具有结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高等诸多优点，由其构成的传动系统具有交、直流传动系统所没有的优点。
在宽广的转速与功率范围内均具有较高的效率。
电动机的转矩脉动比较大，目前致力于减小电动机转矩脉动的控制方法是该领域的研发热点之一。
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》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。
开关磁阻电机的结构
开关磁阻电机的结构开关磁阻电机是一种特殊电动机，它的结构相对简单，但性能出色，用于许多领域，特别是在汽车电动助力系统中。
下面是开关磁阻电机的结构及相关参考内容。
1. 结构概述开关磁阻电机主要由转轴、转子、固定子、定子、绕组、永磁装置和控制系统等组成。
2. 转轴转轴是开关磁阻电机旋转的部分，通常由高强度材料制成，以承受转子的负载和旋转惯性。
3. 转子转子是开关磁阻电机中负责产生磁场的部分。
在开关磁阻电机中，转子是一个金属圆柱体，上面安装有一系列的磁铁。
这些磁铁被称为极对，它们的极性可以通过控制系统改变。
4. 固定子和定子固定子是开关磁阻电机中负责产生磁场的部分。
固定子由一系列磁体组成，安装在电机的外部。
定子是固定子的支架，将固定子固定在适当的位置。
5. 绕组绕组是开关磁阻电机中负责通电的部分。
它通常由一系列的线圈组成，线圈被绕在转子和固定子上。
绕组通电时，通过连接到电源的控制系统，会在绕组中产生电流。
6. 永磁装置永磁装置通过提供一个恒定的磁场来辅助电机的运行。
它由一系列的永磁体组成，这些永磁体通常安装在转子上。
7. 控制系统控制系统是开关磁阻电机中关键的部分。
它通过控制绕组中的电流和转子上的磁极，来实现电机的启动、停止和调速等功能。
控制系统通常由微处理器控制，能够实时监测电机运行状态，并根据需要进行调整。
参考内容：- S. Yilmaz, "Switched reluctance motor drives: magnetic design, control and faults diagnosis," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 11, pp. 6544-6555, Nov. 2014.- F. J. T. E. Ferreira, "Switched reluctance motors," in Handbookof Automotive Power Electronics and Motor Drives, Ed. Marcel Dekker, Inc., pp. 827-843, 2005.- A. Salminen, "Model-based design and powertrains: a case studyin switched reluctance motors," in Proceedings of the 2006 American Control Conference, Minneapolis, MN, USA, pp. 3086-3091, Jun. 2006.- M. B. Ebrahimi, "Optimal design of switched reluctance motor drives systems considering the effects of PWM selectivity and bus voltage modulation," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 20, no. 4, pp. 807-820, Jul. 2005.- H. Guo, "The finite element analysis method of switched reluctance motor design," in Proceedings of the 2011 InternationalConference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology, Harbin, China, Aug. 2011.。
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计开题报告电气工程及自动化开关磁阻电机数字控制系统设计一、前言开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。
开关磁阻电机具有很大的发展潜力。
二、主题（一）、开关磁阻电机的发展概述“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar 1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。
20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。
美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。
加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。
一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。
1984年开始，我国许多单位先后开展了SR 电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。
在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。
近年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了 3KW、6KW 及 7.5KW 三套原理样机，电机采用的是风冷形式。
但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。
（二）、开关磁阻电机的优缺点开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。
使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。
其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。
（1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。
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。
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。
开关磁阻电机电机原理
开关磁阻电动机驱动系统组成
开关磁阻电动机驱动系统由SRM电机，控制器，功率变换器， 检测器（包括电流检测器和位置检测器）组成。
开关磁阻电机的运行特点
1、开关磁阻电机的运行原理遵循“磁阻最小原理” 2、开关磁阻电机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅 取决于相绕组的通电顺序。
3、通过控制加到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即可控制转矩的大小与方向。
开关磁阻电动机运行原理
下一步工作计划
1、开关磁阻电机的电磁学分析
2、开关磁阻电机的控制策略
开关磁阻电动机介绍
报告人：刘莹
1、开关磁阻电动机基本介绍
2、开关磁阻电动机驱动系统组成
3、开关磁阻电动阻电动机基本介绍
开关磁阻电动机最新一代无级调速系 统 ，它具有调速系统兼具直流、交流两类 调速系统的优点 ，它的结构简单坚固，调 速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范 围内都具有较高效率，系统可靠性高 。 开关磁阻电动机有1相，2相，3相，4 相和5相及以上分类，只有三相以上的SRM 电机具有自启动功能，在实践中，也常用三 相以上的SRM开关磁阻电机，其中三相和四 相SRM电机较为普遍 ，相数复杂的开关开 关磁阻电机步进角小，更可以减小输出脉冲 和噪声。但是电机将使用更加复杂的电路， 成本高。
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
图6-3 单相径向-轴向磁通 外转子电动机
相数m 1 2 3 4 5 6 定子极数Ns 2 4 6 8 10 12 转子极数Nr 2 2 4 6 8 10
常见SRM定、转子极数组合方案
SRM的起动能力
❖ 一般低于三相的SRM都不具备自起动能力。如两相电机 在对齐位置(定、转子磁极中心线对齐)和不对齐位置(定子 极与转子槽中心线对齐)时，无论采用怎样的相电流组合 都无法产生转矩，存在转矩“死区”。解决方法为：
❖ 定子上装有简单的集中绕组，直径方向相对的两个绕组 串联在一起，构成“一相”；转子由叠片构成，不需要 任何形式的绕组、换向器、集电环等。
图6-2 开关磁阻电动机的基本结构
开关磁阻电动机的分类
❖ 按相数分： 单相、两相、三相、四相和多相；
❖ 按气隙方向分： 为轴向式、径向式结构和径向-轴向混 合式结构。
①具有较少数量的主开关元件。
②可将电源电压全部加给电动机相绕组。
③主开关器件的电压额定值与电动机接近。
④具备迅速增加相绕组电流的能力。
⑤可以通过主开关器件调制,有效地控制相电流。 ⑥能将绕组储能回馈给电源。
SRD系统功率变换器四种典型形式
图6-5 SRD典型功率变换器
SRD系统功率变换器四种典型形式
分，绕组关断时其贮能不是直接回馈到电源，而是转存到电容上，然后
再回馈到电源。其优点是可工作于相数较多的场合，且加快了绕组放电，
改善了电流波形，提高了系统效率。
3. 位置检测器
❖ SRM位置检测的目的是确定定、转子的相对位 置，是决定绕组通电与关断的依据，也是提 供速度信息从而保证系统的动、静态性能的 依据。目前多采用直接位置检测的方法检测 转子位置，如光电式、电磁式或磁敏式传感 器。
基于转矩矢量控制的开关磁阻电机控制系统
基于转矩矢量控制的开关磁阻电机控制系统基于转矩矢量控制的开关磁阻电机控制系统摘要本文提出了一种基于瞬时电流控制的抑制开关磁阻电机转矩脉动的微步控制策略。
设计了以TMS320LF2407为主控制器的开关磁阻电机控制系统。
给出了系统的硬件电路和软件框图。
采用最新的转矩矢量控制策略,有效地抑制了转矩脉动。
仿真实验结果表明:本系统硬件简单、实用性好、具有良好的动态和静态特性。
关键词 SR电机;DSP控制器;电动汽车0 引言开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)是在磁阻电动机的基础上发展起来的一种高性能机电一体化电机,以其结构简单坚固、成本低廉、工作可靠、耐高温等优点,又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得良好的可控性,已经在许多领域得到了应用。
但是,开关磁阻电动机最主要的缺点就是转矩脉动,它不仅直接影响着驱动系统的输出特性,而且还将不可避免加重电动机本身的振动和增加电动机运行时的噪声。
因此,开关磁阻电动机转矩脉动抑制的研究一直受到人们的重视。
文献[1]将模糊推理与神经网络有机结合起来,利用它的模糊规则和自学习能力,得到优化的期望相电流,从而实现电动机的低转矩脉动控制。
但是控制方案复杂,难以实现实时控制,且控制性能与模糊规则和样本的选取有重大关系。
本文设计了基于微步控制策略的开关磁阻电动机驱动控制系统,控制系统简单,有效地减小了转矩脉动,具有很好的应用价值。
1 SR电机矢量控制策略1.1 SR电机矩角特性由SR 电动机运行原理可以知道,其转矩是由磁路选择最小磁阻结构的趋势而产生的。
由于SR电动机磁路的非线性,通常SR 电动机的转矩根据磁共能来计算,即式中,θ为转子位置角,i为绕组电流,k为电机相数。
在忽略开关磁阻电机磁路饱和及边缘效应,且假定电感与电流无关,则上式可简化为:式中L 为SR 电动机相绕组的自感,其变化周期与转子的极对数成正比,利用傅立叶分解,且忽略高次谐波的影响,则L可表示为:。
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SR电动机运行特性
CCC方式下的斩波电流波形
角度位置控制时相电流波形
不同开通角下的相电流波形
电压PWM控制时的相电流波形
基于模糊控制算法的系统控制方式
8.3 SRD系统功率变换器
功率变换器是SR电动机运行时所需能量的供给者，也是电 机绕组通断指令的执行者。SR电动机的功率变换器相当于PWM 变频调速异步电动机的变频器一样，在调速系统中占有重要地位， 功率变换器设计是提高SRD系统性能价格比的关键之一。由于 SR电动机工作电压、电流波形并非正弦波，且波形受系统运行 条件及电机设计参数的制约，变化很大，难以准确预料，因此， SR电动机功率变换器的设计是与SR电动机、控制器的设计密切成电路----EXB841应用电路
8.4 开关磁阻电动机控制器
控制器好比SRD系统的神经中枢、大脑，它接收电机的 转子位置信号、绕组电流信号、外围给定信号，给出电机每 相绕组的通断信号，计算电机的转速等。
控制器框图
中央处理芯片一般采用数字信号处理器（DSP）来实现， TMS320LF2XXX系列的DSP为当前的主要款型，从上图这个 典型控制器原理控制可以看出， DSP负责判断转子的位置信 息，并综合各种保护信号和给定信息、转速情况，给出相通断 信号,以及产生一路定频调宽的PWM信号以利于使用PWM控制 方式。最后通过逻辑综合将信号传递给功率变换器中主开关器 件的驱动电路，以便通过主开关的通断来进行电机绕组的通断 控制。
可控参数多，既可调节主开关 一般只通过调节电源步进脉 管的开通角和关断角，也可采 冲的频率来调节转速 用调压或限流斩波控制
SR电机与反应式同步磁阻电机的主要差别
SR 电 机
反应式同步磁阻电机
定、转子均为双凸极结构
定子为齿、槽均匀分布的光滑内腔
定子绕组是集中绕组
定子嵌有多相绕组，近似正弦分布
励磁是顺序施加在各相绕组上的 电流脉冲
形象的说，SRD系统的几大部分，控制器好比人的大脑，功率变换器与电 动机一起相当于人的四肢，人劳动需要能量（电源），劳动之前需要一定的 计划、要求（转速给定），劳动的对象即负载。
SRD系统与其他系统的比较
SRD系统与反应式步进电机系统的主要差别
SRD 系 统
反应式步进电机系统
利用转子位置反馈信号运行于 工作于开环状态，无转子位 自同步状态，相绕组电流导通 置反馈。多用于伺服控制系 时刻与转子位置有严格的对应 统，对步距精度要求很高， 关系,并且绕组电流波形的前 对效率指标要求不严格，只 后沿可以分别独立控制，即电 作电动状态运行。 流脉冲宽度可以任意调节。多 用于功率驱动系统，对效率指 标要求很高，功率等级至少可 达到数百千瓦，甚至数千千瓦， 并可运行于发电状态
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
)
dik dt
ik
Lk
d
dt
上式表明，电源电压与电路中三部分电压降相平衡。其中 ，等式右端第一项为K相回路中电阻的压降；第二项是由电流变 化引起磁链变化而感应的电动势，所以称为变压器电动势；第三 项是由转子位置改变引起绕组中磁链变化而感应得电动势，所以 称为运动电势，它直接影响机电能量的转换。
开关磁阻电机及其控制系统
SRD系统的一些应用
SR电动机动作原理图
某三相SR电动机典型功率变换器主电路
某典型控制器硬件电路原理框图
检测单元由位置检测和电流检测环节组成，提供转子的位置信息从而确 定各相绕组的开通与关断，一般在电机内部会有几只判断转子实时位置的 传感器，位置传感器的目的在于确定开关磁阻电动机定、转子的相对位置， 即要用绝对位置传感器检测转子相对位置，然后位置信号反馈至逻辑控制 电路，以确定对应相绕组的通断；通过电流传感器提供电流信息给控制器， 来完成电流斩波控制或采取相应的保护措施以防止过电流。
6.93 88.3 85.7 11.2 5.50
7.72 85.0 —— 11.4 4.74
5.93 89.8 —— 10.4 4.26
SRD系统与直流和PWM变频调速系统性能比较
系统类型 比较项目
成本
效 率 额定转速
％
1/2额定转速
直流系统
1.0 76 65
PWM变频系统
1.5 77 65
SRD系统
各相励磁随转子位置作三角波或 梯形波变化，不随电流改变
励磁是一组多相平衡的正弦波电流
各相自感随转子位置作正弦变化， 不随电流改变
同功率（7.5kw）SRD系统与异步电动机系统性能比较
性能参数 定子直径（mm） 铁心长度（mm）
转矩/定子体积（kN·m/m） 转矩/转动惯量（kN·m/kg·m）
转矩/电磁重量（N·m/kg）
SRD系统的功率变换器主要由主开关器件及其主电路、主开关 驱动电路、保护电路、稳压电源电路等组成。
最少主开关型主电路
SRD功率变换器设计实例
1. 设计依据与原则 给定SRD原始数据如下： 定转子极数比：8/6（四相） 额定电压：260V（DC） 额定转速：1500r/min 额定功率：5.5KW 控制方式：变角度电压PWM斩波控制 调速范围：50－2000 r/min
SR电动机
205 179 8.68 3.74 1.43
普通异步 电动机 221 95 11.2 1.59 1.52
高效率异 步电动机 221 140 7.56 1.07 1.02
转矩/铜重（N·m/kg） 电动机效率（％） 系统效率（％） 峰值伏安容量（kVA/kW） 有效值伏安容量（kVA/kW）