开关磁阻电机原理和应用

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1、开关磁阻电机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。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。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。特征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

2、。使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，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）。优点◆其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。由于绕组均在定子上，电机容易冷却。效率高，损耗小。◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。◆转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。◆调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。◆并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。◆且启动电流小，启动转

3、矩大，低速时更为突出。◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。缺点其工作原理决定了，如果需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。因其要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会体现的更加明显。如果单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要加入更加复杂的算法。另外，运行时噪音和振动较大、非线形性强也是开关磁阻电机需要解决的问题。目前国内实用的磁阻电机属于初级阶段，部分产品控

4、制相对粗放，电机的响应速度慢、低速下的脉动大，难以实现较高的控制精度。结构原理双凸极结构磁阻电机的定子铁芯有六个齿极，转子铁芯有四个齿极，均由导磁良好的硅钢片冲制后叠成。  开关磁阻电机构造[1]与普通电机一样，转子与定子之间有很小缝隙，转子可在定子内自由转动。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），是向电机提供工作磁场的励磁绕组。在转子上没有线圈，这是磁阻电机的主要特点。三相6/4结构工作原理磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。定子六个齿极上绕有线圈，径向相对的两个线圈连

5、接在一起，组成一“相”，该电机有3相，结合定子与转子的极数就称该电机为三相6/4结构。为方便分析磁路，我们把相对的相分别标为a、b、c相，各相线圈由开关控制电流通断，约定转子启动前的转角为0度。  开关磁阻电机工作原理示意[2]A相线圈接通电源产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时针转动；磁力一直牵引转子转到30度为止，到了30度转子不再转动，此时磁路最短。为了使转子继续转动，在转子转到30度前已切断A相电源在30度时接通B相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，于是转子继续转动，磁力一直牵引转子转到60度为止。在转子转到

6、60度前切断B相电源在60度时接通C相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵引转子转到90度为止。当转子转到90度前切断C相电源，转子在90度的状态与前面0度开始时一样，重复前面过程，接通A相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。这就是磁阻电动机的工作原理。上述工作原理决定了如果需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。[2]开关磁阻电机的应用近年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W到5MW，最大速度高达100000r/min。电

7、动车应用开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机变为首选对象。SRD开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜