开关磁阻
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❖ 按每齿极的小齿数分： 每极单小齿和每极多小齿结构。
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。
❖ 一是把电机设计成不对称结构；
❖ 二是把一组两个或者两个以上的SR电动机安装在一起串 联运行，所有电机装到同一个公共轴上，定位时将每个 SR电动机与其它的电机错开一定的位置。
❖ 相数多时，虽有利于减小转矩波动，但导致结构复杂、主 开关器件多、成本增高。
2. 功率变换器
❖ 功率变换器是直流电源和SR电动机的接口，在控 制器的控制下起到开关作用，使绕组与电源接通 或断开；同时还为绕组的储能提供回馈路径。性 能优良的功率变换器应同时具备如下条件：
6.1 开关磁阻电动机传动系统
6.1.1 开关磁阻电动机传动系统的组成
❖ 开关磁阻电动机传动系统（简称 SRD 系统）主要由开 关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部 分组成，如图所示。
图6-1 开关磁阻电动机传动系统框图
1．开关磁阻电动机
❖ 开关磁阻电动机（SRM） 又称变磁阻电机（VRM）， 是 SRD 系统的执行元件。遵循磁通总是要沿着磁组最 小（或磁导最大）的路径闭合的原理，产生磁拉力形成 磁阻性质的电磁转矩。
❖ 开关磁阻电动机通常可分为单边凸极结构和双边凸极结 构两种类型，其显著特征为：转子上既无绕组，也不需 要永磁体，唯一的磁势来自定子绕组。为产生转矩，设 计时必须使得定子绕组的电感随转子位置的变化而变化 （转矩是相电感对转子位置角的导数）。
❖ 在转子结构相同的情况下，双凸极型结构的最大电感与 最小电感的比值更大，可以获得更大的电磁转矩，因此 在实际应用时均采用这一结构型式，如图6-2所示。
第6章 开关磁阻电动机及其控制
主要内容：
❖ 开关磁阻电动机的传动系统 ❖ 开关磁阻电动机的基本电磁关系 ❖ 开关磁阻电动机的运行状态及控制方式
❖ 开关磁阻电动机传动系统的功率变换器、控制器 及位置、电流检测器
❖ 开关磁阻电动机的DSP控制
❖ 要求:重点掌握开关磁阻电动机结构工作原理、运行状态 及控制方式、DSP控制；掌握其传动系统的构成；了解传 动系统中各部件的工作原理与应用。
❖ SRD对位置检测的一般要求是，首先在运行的 速度范围内要满足检测的精度要求；其次要 求电路简单、工作可靠、抗干扰能力强；有 时还要求能在恶劣环境下工作。
❖ 对任一相数为m、定子极数为Ns、转子极数为Nr的SRM而 言，设Ns>Nr,则转子步进角θs为:
❖
sБайду номын сангаас
2 (Ns -Nr )
Ns Nr
❖ 而转子极距角为：
简述
❖ 开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、 交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流 电动机调速系统的最新一代无极调速系统。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。
❖ 开关磁阻电机覆盖功率范围10W-5MW的各种高、低速驱 动调速系统。这使得开关磁阻电机存在许多潜在的应用领 域，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）。
1) 不对称半桥式功率变换器电路，每相有两只开关管，同时通断，并有两 只续流二极管。优点是各相绕组电流独立控制，缺点是开关器件数量随 电机相数增多而增多，造价明显提高，适合于高压及大容量场合 。
2) 具有公共开关器件的功率变换器电路，公共开关管在任一相导通时均开 通，公共续流二极管在任一相续流时均参与。所需开关器件大大减少， 可适于相数较多的场合，其造价明显降低，但相数太多公共开关管的额 定电流和额定功率都大大增加，若其损坏，将导致各相同时失控。
序很好地配合起来。
（6-1）
❖
r
ms
(Ns -Nr )
Nr
（6-2）
❖ 转子每转过一个步进角，位置传感器的输出信号则对应变化，
逻辑控制电路据此发出对应相绕组的接通和断开的切换命令。
在一个转子极距角内，共有m个步进角，位置输出信号相应
发生m次变化，当转过一个转子极距角后，位置信号又回到
起始状态，如此往复循环，即可使转子位置与绕组通电的相
3) 双绕组功率变换器电路，每相只有一个开关管，但要求电机每相绕组中 都有一个完全偶合的次级线圈。其优点是开关元件少，缺点是要求功率 开关元件耐压高，接线较多，电机绕组利用率低。
4) 带贮能电容的功率变换器电路，与b) 相比，减少了公共开关器件，从而
克服了公共器件额定电流和额定功率要求高的缺点。增加了贮能电容部
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。
❖ 一是把电机设计成不对称结构；
❖ 二是把一组两个或者两个以上的SR电动机安装在一起串 联运行，所有电机装到同一个公共轴上，定位时将每个 SR电动机与其它的电机错开一定的位置。
❖ 相数多时，虽有利于减小转矩波动，但导致结构复杂、主 开关器件多、成本增高。
2. 功率变换器
❖ 功率变换器是直流电源和SR电动机的接口，在控 制器的控制下起到开关作用，使绕组与电源接通 或断开；同时还为绕组的储能提供回馈路径。性 能优良的功率变换器应同时具备如下条件：
6.1 开关磁阻电动机传动系统
6.1.1 开关磁阻电动机传动系统的组成
❖ 开关磁阻电动机传动系统（简称 SRD 系统）主要由开 关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部 分组成，如图所示。
图6-1 开关磁阻电动机传动系统框图
1．开关磁阻电动机
❖ 开关磁阻电动机（SRM） 又称变磁阻电机（VRM）， 是 SRD 系统的执行元件。遵循磁通总是要沿着磁组最 小（或磁导最大）的路径闭合的原理，产生磁拉力形成 磁阻性质的电磁转矩。
❖ 开关磁阻电动机通常可分为单边凸极结构和双边凸极结 构两种类型，其显著特征为：转子上既无绕组，也不需 要永磁体，唯一的磁势来自定子绕组。为产生转矩，设 计时必须使得定子绕组的电感随转子位置的变化而变化 （转矩是相电感对转子位置角的导数）。
❖ 在转子结构相同的情况下，双凸极型结构的最大电感与 最小电感的比值更大，可以获得更大的电磁转矩，因此 在实际应用时均采用这一结构型式，如图6-2所示。
第6章 开关磁阻电动机及其控制
主要内容：
❖ 开关磁阻电动机的传动系统 ❖ 开关磁阻电动机的基本电磁关系 ❖ 开关磁阻电动机的运行状态及控制方式
❖ 开关磁阻电动机传动系统的功率变换器、控制器 及位置、电流检测器
❖ 开关磁阻电动机的DSP控制
❖ 要求:重点掌握开关磁阻电动机结构工作原理、运行状态 及控制方式、DSP控制；掌握其传动系统的构成；了解传 动系统中各部件的工作原理与应用。
❖ SRD对位置检测的一般要求是，首先在运行的 速度范围内要满足检测的精度要求；其次要 求电路简单、工作可靠、抗干扰能力强；有 时还要求能在恶劣环境下工作。
❖ 对任一相数为m、定子极数为Ns、转子极数为Nr的SRM而 言，设Ns>Nr,则转子步进角θs为:
❖
sБайду номын сангаас
2 (Ns -Nr )
Ns Nr
❖ 而转子极距角为：
简述
❖ 开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、 交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流 电动机调速系统的最新一代无极调速系统。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。
❖ 开关磁阻电机覆盖功率范围10W-5MW的各种高、低速驱 动调速系统。这使得开关磁阻电机存在许多潜在的应用领 域，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）。
1) 不对称半桥式功率变换器电路，每相有两只开关管，同时通断，并有两 只续流二极管。优点是各相绕组电流独立控制，缺点是开关器件数量随 电机相数增多而增多，造价明显提高，适合于高压及大容量场合 。
2) 具有公共开关器件的功率变换器电路，公共开关管在任一相导通时均开 通，公共续流二极管在任一相续流时均参与。所需开关器件大大减少， 可适于相数较多的场合，其造价明显降低，但相数太多公共开关管的额 定电流和额定功率都大大增加，若其损坏，将导致各相同时失控。
序很好地配合起来。
（6-1）
❖
r
ms
(Ns -Nr )
Nr
（6-2）
❖ 转子每转过一个步进角，位置传感器的输出信号则对应变化，
逻辑控制电路据此发出对应相绕组的接通和断开的切换命令。
在一个转子极距角内，共有m个步进角，位置输出信号相应
发生m次变化，当转过一个转子极距角后，位置信号又回到
起始状态，如此往复循环，即可使转子位置与绕组通电的相
3) 双绕组功率变换器电路，每相只有一个开关管，但要求电机每相绕组中 都有一个完全偶合的次级线圈。其优点是开关元件少，缺点是要求功率 开关元件耐压高，接线较多，电机绕组利用率低。
4) 带贮能电容的功率变换器电路，与b) 相比，减少了公共开关器件，从而
克服了公共器件额定电流和额定功率要求高的缺点。增加了贮能电容部