开关磁阻电动机结构分析

开关磁阻电机是一种机电能量转换装置，它将电能转换为机械能。与根据洛伦兹力定律进行能量转换的直流电机相比，在开关磁阻电机中，由于可变磁阻原理进行能量转换。磁阻被定义为流向磁场的阻力。它的电气当量是阻止电流流动的电阻。在磁场中，我们将磁场的流动定义为通量，但在电场中电荷的流动被定义为电流。由于磁场的特性，磁极在磁阻电机的定子和转子上形成。这些磁极之间的相互作用导致电机旋转。为了改变磁极，使用了使用电力电子设备的开关电路。因此，使用了术语切换。

开关磁阻电动机是一种基于磁阻调节原理的电动机，其结构相对于永磁同步电机较为简单。其主要结构组成包括定子、转子、开关电容电路以及控制电路。

定子：开关磁阻电动机的定子通常为三相绕组，由三个相互平衡的线圈构成，它们被固定在电机的内部并布置在120度的相位差上。

转子：开关磁阻电动机的转子上没有永磁体，通常采用带有开关电容电路的铁芯转子，转子由铁心和铜线圈构成。铁心上布置有若干个开关电容器，通过开关电容电路实现控制转子的磁阻。

开关电容电路：开关磁阻电动机通过开关电容电路来实现转子的磁阻调节。在转子上的开关电容电路一般由多个电容器、多个电感和多个开关器件组成，通过对这些元器件的控制，实现对转子磁阻大小和位置的调节。

控制电路：开关磁阻电动机的控制电路采用数字信号处理技术和先进的控制算法来实现控制。控制电路可以根据需要对转子的磁阻进行调节，以实现转速和转矩的控制。

开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance motor Drive system， SRD）主要由开关磁阻电动机（Switched Reluctance Motor， SRM）、功率变换器、检测单元和控制器等部分组成，其基本结构如图1所示。

图1 开关磁阻电机调速系统基本结构

其中，SRM负责实现机电能量转换，是一种双凸极结构电机，转子既无绕组也无永磁体，结构简单、可靠性高、容错能力强，可应用于超过500℃的航空航天、高粉尘等较为恶劣的环境，以及电动汽车、高速主轴和飞轮储能系统等可靠性要求较高的场合；功率变换器负责对电源提供的能量进行转换后提供给SRM，在SRD中占据重要地位，其性能直接决定SRD的性能；电流检测和位置检测分别为系统提供运行时必要的电流和位置信息；控制器根据给定信号以及检测环节反馈的电流和位置信息，决定功率变换器开关管的导通关断状态。

尽管SRD整体可靠性较高，但复杂的运行环境和运行工况也会使系统产生故障。首先，电机过载运行或操作不当会使绕组过电流、老化，导致匝间短路、相间短路或开路等故障；同时，电机在制造加工过程中工艺水平受限可能会导致气隙偏心。功率变换器中的半导体器件在低速运行时，由于长时间工作在斩波状态，容易出现开路或短路故障。

另外，SRD运行时通常需要进行位置检测和电流检测等，由此而引入的各种传感器在潮湿、过热、粉尘等恶劣环境下容易出现信号延迟或缺失等故障，降低系统鲁棒性，影响系统正常运行。

从以上分析可以看出，在SRD各组成部分中，电机本体、功率变换器和各类传感器在系统运行过程中均可能出现相应的故障，引起系统运行不稳定，甚至导致严重事故。因此，为了进一步提高SRD可靠性，保障电力拖动系统在故障状态下不至于瘫痪，最大程度降低故障引起的人员和设备损伤，非常有必要对SRD的可靠性进行研究。

总之，开关磁阻电动机的结构相对简单，主要由定子、转子、开关电容电路和控制电路组成。其转子上的开关电容电路通过控制电路实现对转子的磁阻调节，从而实现转速和转矩的控制。