开关磁阻电机的工作原理及优缺点

一、开关磁阻电机的工作原理

开关磁阻电机调速系统中使用的开关磁阻电机（SRM）是SRD中实现机电能量转换的部分，也是SRD与其他电机驱动系统不同的主要标志。SRM系列双凸极可变磁阻电动机，定转子的凸极由普通硅钢片层压而成。转子既没有绕组也没有永磁体。集中绕组缠绕在定子极上。两个截然相反的绕组连接在一起，称为“一相”。SR电机可以设计成各种不同的相数。定子和转子有许多不同的极点组合。相数多、步距角小有利于减小转矩脉动，但结构复杂，主开关器件大，成本高。如今，四相（8/6）结构和六相（12/8）结构更为常用。

该图显示了四相（8/6）结构SR电动机的原理图。为简单起见，图中仅显示了A相绕组及其电源电路。SR电机的工作原理遵循“最小磁阻原理”——‘磁通量总是沿着磁阻最小的路径闭合，当具有一定形状的铁芯移动到最小磁阻位置时，必须使其主轴和磁场。轴重合。图中，当定子D-D’极被激励时，1-1‘旋转到定子轴线D-D’重叠的位置，使D相励磁绕组的电感最大化。如果以图中定子和转子的相对位置为起始位置，D→A→B→C相绕组依次通电，转子继续逆时针逆时针旋转励磁序列;相反，如果按顺序给出 当相位 B→A→D→C 通电时，电机将顺时针方向旋转。可以看出，SR电机的方向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电的顺序。此外，从图2可以看出，当主开关器件S1和S2导通时，A相绕组吸收直流电源US的电能，当S1和S2关闭时，绕组电流继续流过续流二极管VD1和VD2。并反馈到电源美国。因此，SR电机驱动器的共同特点是具有再生效果和较高的系统效率。

可以看出，通过控制添加到SR电机绕组的电流脉冲的幅值和宽度及其与转子的相对位置（即导通角，关闭角），可以控制SR电机转矩的大小和方向。它是SR电机速度控制的基本原理。

二、开关磁阻电机的优缺点

优势

1.结构简单;电机结构简单，成本低，可用于高速运行。SRM的结构比鼠笼式感应电动机简单。转子具有极高的机械强度，可用于超高速运行（如每分钟数万转）。至于定子，它只有几个集中的绕组，因此易于制造且绝缘结构简单。

2、电路可靠;电源电路简单可靠。由于电机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需要一个单相绕组电流，因此电源电路可以实现每相一个电源开关。相比之下，异步电动机的绕组需要流动双向电流，而为其供电的PWM逆变器的电源电路每相需要两个功率器件。因此，开关磁阻电机调速系统比PWM变频器电源电路需要更少的功率元件，并且电路结构简单。此外，PWM逆变电源电路的每个桥臂中的两个电源开关管直接横跨直流电源侧，容易直接短路和烧毁功率器件。在开关磁阻电机调速系统中，各功率开关装置直接与电机绕组串联，从根本上避免了通短路现象。因此，可以简化开关磁阻电机调速系统中电源电路的保护电路，从而降低成本并具有更高的可靠性。

3、系统可靠性高;系统可靠性高。从电动机的电磁结构来看，每个绕组和磁路相互独立，并且在一定的轴角范围内产生电磁转矩。与一般电机不同，必须在各相绕组和磁路的共同作用下产生旋转磁场，以使电机正常运行。从控制结构的角度来看，每个相电路为相绕组供电，并且通常彼此独立工作。

4.启动优点：启动转矩大，启动电流低。控制器输出的电流较小，电机获得较大的启动转矩是该系统的主要特点。典型产品的数据为：当启动电流为额定电流的15%时，启动转矩为100%额定转矩;当启动电流为额定电流的30%时，启动转矩可以达到其额定扭矩的250%。与其他速度控制系统的启动特性相比，例如，直流电动机使用100%电流，鼠笼式感应电动机使用300%电流以获得100%扭矩。启动电流小、扭矩大的优点也可以延伸到低速运行段，因此该系统非常适合那些需要重载启动和长时间低速重载运行的机器。

5.频繁启停;适合频繁启停和正反转换操作。该系统具有高启动转矩和低启动电流的特点，因此在启动过程中电流冲击小，电机发热小于连续额定运行期间。它适用于频繁的启停和正向和反向转换操作。

6.性能好;调速性能好。控制开关磁阻电机至少有四种主要运行参数和常用方法：相导角、相关分断角、相电流幅值、相绕组电压，灵活方便。根据电机的运行要求和电机的状况，可以采用不同的控制方法和参数值，使其以最佳状态运行（如最大输出，最高效率等），还可以实现各种功能。特定曲线。例如，电机具有完全相同的四象限运行能力，具有最高的启动转矩和串联励磁电机的负载能力曲线。可用于速度闭环控制，形成非静态速度控制系统可以非常方便。

7.效率高;开关磁阻电机系统是一种高效的调速系统。以3kW SRM系统为例，系统效率在宽范围内可以达到87%。

弊

转矩脉动大、噪声、振动大：从工作原理上看，开关磁阻电机转子上产生的转矩叠加一系列脉冲转矩，影响SRM的性能。

三、开关磁阻电机的发展

开关磁阻电机作为一种新型调速驱动系统，因其结构简单、成本低、效率高、调速性能优异、可控性灵活等特点，越来越受到人们的认可和应用。已成功应用于电动汽车驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等多个领域，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有力竞争对手。

如今，随着电力电子技术、数字信号处理技术、控制技术的飞速发展，随着智能技术的不断成熟和高速、高效、低成本数字信号处理芯片（DSP）的出现，利用高性能DSP开发了各种复杂的算法，无需额外的外部硬件电路即可间接位置检测技术大大提高了可靠性和适用性。 的开关磁阻电机检测，肯定会在更大程度上展示SRD的优越性。

在 1990 年代，它进一步与计算机控制的柔性制造系统、主仓库和装配机器人相结合。计算机控制材料和组件的供应管理，以实现整个工厂的高效、高质量、全自动和均衡生产。设计和制造水平不断提高，专用控制芯片和集成功率器件不断开发，开关磁阻电机的性能和适用性不断提高，为开关磁阻电机提供了巨大的潜在市场。