开关磁阻电机

电路中每相可以只用一个可控开关元件，而且每个可控开关元件都与电机绕组串联，不会 出现像交流电机PWM逆变器那样有电源直通短路的危险，所以功率变换器电路简单，可靠 性高。 4. SR电机转子上无绕组，系统在低速运行时，不仅转矩大，而且转子发热不严重。 5. SRD系统可以通过对电流的导通、断开以及电流幅值等的控制，易于实现系统的软启动， 四象限运行和宽广的恒功率范围。 6. SRD系统的容错能力强，在缺相的情况下仍然能可靠运行。 7. SR电机原有的转矩脉动大、噪声大的缺点通过技术的进步也已经可以解决。
换相相的磁能以电
能形式一部分回馈
电源，另一部分注
入导通相绕组，引
起中点电位的较大
浮动。它要求每一
瞬间必须上、下各
有一相导通。
工作制：AB-BC-CD-DA 精品课件
3.3 主电路常见形式
H桥型电路的特点
1）只适用于4的倍数相SR电机
2）主开关数较少
3）相控独立性：不独立
4）相绕组电压浮动
5）本电路特有的优点:可以实现零压续流，提高 系统的控制性能。
• 具有较高动态性能、算法简单、可抑制参数变化、扰动及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电机的振动、噪声研究
• SR电机应用研究：电动车、发电机、一体化电机等
• 变换器方案确定和主开关元器件选择
• 微处理器和专用集成电路的应用
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3 开关磁阻电机原理 工作原理
特点。
2.6
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2.6. 1
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2.6. 1
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2.7 开关磁阻电机的优缺点
1. SRD电机转子上没有任何形式的绕组、永磁体、滑环等，定子上只有简单的集中绕组，绕 组端部较短，没有相间跨接线，因此SR电机的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。
2. SR电机的材料利用系数高，与直流电机甚至感应电机相比，体积小、坚固、维护量小。 3. 由于SR电机的转矩与电流极性无关，只需要单方向的电流激励，因此在理论上功率变换器
它具有调速系统兼具直流、交流两类调 速系统的优点。
英、美等经济发达国家对开关磁阻电动 机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果， 产品功率等级从数w直到数百kw，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。
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2.2
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2.3 总体影响
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2.4 SRD机械结构
3）相电压=电源电压
4）器件数量多
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VD2
3.3 主电路常见形式
我司三相SRD 12/8极电机常采用双开关型主电路
+ VD1
VT1 VD2
VT2 VD3
VT3
US
A
B
C
VT4 VD4 VT5 VD5 VT6 VD6
-
双开关型主电路又称为不对称半桥型主电 路
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3.3 主电路常见形式
2双绕组型电路特点
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3.3 主电路常见形式
1、双开关型 +
每相有两只主开关和两只
续流二极管。当两只主开
关VT1和VT2同时导通时，
电源US 向电机相绕组供
US
电 ；当VT1和VT2同时关断
时，将电机的磁场储能以
电能形式迅速回馈电源，
实现强迫换相。
-
VD1
VT1
VT2
1）适用于任意相数SR电机
双开关型电路特点： 2）相控独立性：独立
主开关S1导通时，
电源对主绕组A供
电；当其关断时，
ຫໍສະໝຸດ Baidu
靠磁耦合将主绕
组A的电流转移到
副绕组，通过二
极管D1续流，向
电源回馈电能，
实现强迫换相。
早期使用的双绕组结构，每相有主、 副两个绕组，主、副绕组双线并绕，
同名端反接，其匝数比为1：1。
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3.3 主电路常见形式
双绕组型缺点： 1）由于主、副绕组之 间不可能完全耦合， 在S1关断的瞬间，因 漏磁及漏感作用，其 上会形成较高的尖峰 电压，故S1需要有良 好的吸收回路。 2）由于采用主、副两 个绕组，因而电机槽 及铜线利用率低。铜 耗增加、体积增大。
1.1 两类不同原理的电动机
电机可以根据转矩 产生的原理划分
电磁作用原理产 生转矩的电机
运动是定、转子两个磁场相互作用的结果
相互作用产生使两个磁场趋于同向的电磁转矩，这 类似于两个磁铁的同极性相排斥、异极性相吸引的 现象
目前大部分电机都是遵循这一原理，例如一般的直流电 机和交流电机。
磁阻变化原理产 生转矩的电机
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3.1.1 开关磁阻电机原理
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度接通B相电 源，磁通从最近的转子齿极通过转子 铁芯，见下左图，于是转子继续转动。 中间图是转子转到40度的图，右面图 是转到50度的图，磁力一直牵引转子 转到60度为止。
在转子转到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，见下左图。转子继续转动，中间图是转子 转到70度的图，右面图是转到80度的图，磁 力一直牵引转子转到90度为止。
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# note 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 2. BLDC : Brushless DC 3. BLAC : Brushless AC 4. SRM : Switched Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor
开关磁阻电机课件
作者：蔡维伦 日期：2016.4.15
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课件的内容 一、MOTOR的种类 二、SRD的特点及应用 三、SRD的驱动原理 四、SRD控制策略
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1、 电机的种类
电机 旋转式
直线式
交流电机
直流电机
感应式电机
w单相 w三相
同步电机
通用电机
磁极电机
w 永磁同步电机(BLDC, BLAC) w 开关磁阻电机 w 同步磁阻电机
• 由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要单极性供电的 功率变换器。功率变换器应能迅速从电源接受电能，又能迅速 向电源回馈能量。
对功率变换器主电路的要求 ：
（1）较少数量的主开关元件； （2）可将全部电源电压加给电动机相绕组； （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）可通过主开关器件调制，有效地控制相电流； （6）能将能量回馈给电源。
3.1.2 开关磁阻电机原理
向线圈供电的开关是用开关晶体管进行的，下面就是三相线圈 与开关晶体管的连接示意图，BG1、BG2、BG3是三个开关晶体管， 分别控制三相线圈A、B、C的电流通断，三极管旁边并联的二极 管是用来续流的。
由于电机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟电流方向无关，故在上面运行图中没 有标明磁力线的方向。 A、B、C各相线圈轮流通电似乎简单，实际情况要复杂些，线圈切断电源后产生的 自感电流不会立即消失，要提前关断电源进行续流；为加大力矩相邻相线圈有电流 的时间会有部分重合；调节电动机的转速、转矩也要调整开关时间，各相线圈开通 与关断时间与转子定子间的相对位置直接相关，故电机还装有转子位置检测装置为 准时开关各相线圈电流提供依据，何相线圈何时通断必须根据转子转到的位置与控 制参数决定。
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3.3 主电路常见形式
电容分压型电路的特点
1）只适用于偶数相SR 电机 2）主开关数较少 3）相控独立性：不独 立 4）电源利用率低，每 相电压为电源电压的 1/2。 5）需限制中点电位漂 移
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3.3 主电路常见形式
H桥型
该变换器比四相电
容分压型功率变换
器主电路少了两个
串联的分压电容，
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。
由于是运用了利用磁阻最小原理，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 精品动课机件。
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2.5 电动机定、转子实际结构
下面通过一个 开关磁阻电动 机原理模型来 介绍工作原理
电机的定子铁芯有六个齿极，由
导磁良好的硅钢片冲制。
电机的转子铁芯有四个齿极， 由导磁良好的硅钢片冲制。
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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），用来向电 机提供工作磁场。在转子上没 有线圈，这是磁阻电机的主要
优点：适用于任何相数的SRM， 尤其适宜于低压直流电源供 电场合
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3.3 主电路常见形式
3电容分压型 （电源分裂式 ）
当S1导通时，上 侧电容C1对A相绕 组放电，电源对A 相供电，经下侧 电容C2构成回路； 当S1关断时，A相 电流经D1续流， 向下侧电容C2充 电。
两个相串联的电容C1和C2将电源电压一分为二,构成中 点电位。每相只有一个主开关S和一只续流二极管D。
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3.1.3 开关磁阻电机的非线性特性 以上分析都是在线性条件下进行的。实际电机磁
路为非线性。
磁场分布
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3.2 SRD交流电机控制原理
电源
功率变换器
SR电动机
负载
控制信号
电流检测 位置检测 控制器
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3.2.1 SRM 功率变换器
• 功率变换器是直流电源和SRM的接口，起着将电能分配到SRM绕 组中的作用，同时接受控制器的控制。
运动是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的
当定子绕组通电时，产坐一个单相磁场，其分铀要遵循“磁阻 最小原则”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。因此，当 转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转 子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位置。即两轴线重合位 置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象
开关磁阻电机就是属于这一类型的电机。
Ns 2k m Nr Ns 2k)
SR电动机常用的相数与极数组合
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3.5 SR电机常用方案
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1.2 交流永磁同步电机
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1.2.1 交流永磁同步电机控制结构
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1.2.2 交流永磁同步电机控制原理
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1.2.3 交流永磁同步电机控制要求
电磁场 精品课件
2 开关磁阻电机发展历史
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2.1 SRD的应用
开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive ：SRD）是继变频调速系统、 无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一 代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技 术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理 论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化 高新技术。
H桥型电路为4相SR电机最常 用的主电路形式
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3.4 开关磁阻电动机的相数与结构
相数与级数关系
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。
从左面图起，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；中间图是转子转了10度的图，右面图是转 到20度的图，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。
下面通过图示来说明转子的工作 原理，下面是磁阻电动机的正视图，定子 六个齿极上绕有线圈，径向相对的两个线 圈是连接在一起的，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。在下图标注的A、B、 C相线圈仅为后面分析磁路带来方便，并不 是连接三相交流电。
结构特点
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3.1、 开关磁阻电机原理
在讲电动机工作原理时常用通电 导线在磁场中受力来解释电动机旋转的道理， 磁阻电机转子上没有绕组，那是靠什么力推 动转子转动呢？
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 用磁引力拉动转子旋转。
在下面有一组磁阻电动机运转原理动画的截图， 从中我们将看到磁阻电动机是如何转动起来的， 图中红色的线圈是通电线圈，黄色的线圈没有电 流通过；通过定子与转子的深蓝色线是磁力线； 把转子启动前的转角定为0度。
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2.7.1 SRD的特点
19
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2.8
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2.8.1
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2.8. 3
电动汽车用开关磁阻电机
精五相品S课RM件
三相SRM
2.9 SRD的研究方向
SR电机设计研究：
1、减小转矩脉动及噪声,电机的振动的研究
2、相数的研究与选择
3、电机铁耗、效率分析
SR电机的控制策略研究：
•
最优控制，减小转矩脉动、降低噪声