开关磁阻电机.pdf

7.2开关磁阻电动机

开关磁阻电动机调速系统（SwitchedReluctanceDrive，简称SRD）是20世纪80年代
中期发展起来的新型交流调速系统，
它由开关磁阻电动机（SRM）、功率变
功率
换器、位置检测器及控制器所构成，SRM开关磁阻
变换器电动机
其系统构成与永磁无刷直流电动机几
乎一样，如图7-19所示。它以其电机
结构简单可靠、系统效率高、高速运控制器BQ位置
行区域宽等优良性能成为交流调速领检测器
域中的一支新军。图7-19开关磁阻电动机调速系统构成

7.2.1开关磁阻电动机的结构及其动作原理

典型的三相开关磁阻电动机的结构如图7-20所示。其定子和转子均为凸极结构，图示
电机的定子有6个极（N6），转子有4个极（N4）。定子极上套有集中线圈，两个
sr
空间位置相对的极上的线圈顺向串联构成一相绕组，图7-20a)中只画出了A相绕组；转子
由硅钢片叠压而成，转子上无绕组。该电机则称三相6/4极开关磁阻电动机。在结构形式及
工作原理上，开关磁
阻电动机与大步距
反应式步进电机并
无差别；但在控制方
式上步进电机应归
属于他控式变频，而
开关磁阻电动机则
归属于自控式变频；图7-20开关磁阻电动机动作原理图
在应用上步进电机都用作“控制电机”而开关磁阻电机则是拖动用电机，因此电机设计时所
追求的目标不同而使电机的设计参数不同.

工作原理

当A相绕组通电时，因磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，将力图使转子转动最终使
转子1、3极和定子A、A极对齐，A相断电、B相通电时，则B相电流产生的磁吸力要吸
引转子2、4极，使转子逆时针转动，最终使转子2、4极与定子B、B对齐，转子在空间
转过30机械角。再使B相断电、C相通电，转子又将逆时针转过30,一个通电周期使
转子在空间转过了一个齿距。电机若按A-C-B-A的顺序通电，则反方向旋转。电流的方向
不影响上述的动作过程。

为保证开关磁阻电动机能连续旋转，当A相吸合时,B相的定、转子极轴线应错开1/m
个转子极距，m为电机相数，若电机极对数为p，定子极数N2mp，则转子极数应为
s
N2(m1)/p。根据这个规律，可得到各种不同相数、不同极数的开关磁阻电机，常用
r
的有：三相6/4极，三相6/8极，四相8/6极，四相8/10极，三相12/8极等。

当电机定子每相绕组的通电频率为f时，每个电周期转子转过一个转子极距，每秒钟转
过f个转子极距，即每秒转过fN转。电动机的转速与绕组通电频率的关系为
r
60f
n（7-5）
N
r

7.2.2开关磁阻电动机的工作原理
开关磁阻电动机的静转矩可以通过其磁场储能W或磁共能W对转子位置角的偏
mm
导数求得，即
W
nm
iconst
（7-6）
在电机磁路不饱和的情况下，即假定磁路是线性的情况下，有
11
WWii2L（7-7）
mm22
从而静转矩为
W1L
Tmi2（7-8）
2
式中，i、、L分别是通电相绕组的电流、磁链及电感。
式(7-8)反映出了磁阻性质转矩产生的原因，当电流恒定时，只有磁导（LN2，N
是绕组匝数）随位置变化时才会产生转矩，且该转矩总是力图使（或L）趋向最大处。
LL
且可知0时，产生正向转矩；0时，产生制动转矩。据此，即可由开关磁阻电动

机的电感L（或磁导）随转子位置角而变化的曲线Lf得到矩角特性Tf，
两条曲线如图7-21a)、b)所示。图a)
是A相绕组的磁导()或电感
A
L曲线，其电感最小位置是定A
A
子极轴线对准转子槽轴线的位置，并
a)02
定义此时刻0；其电感最大位置
是定子极轴线与转子极轴线对齐的TTTTT
CABC
位置，是图7-20a）状态的位置，此
2
时刻的45机械角。从电感曲线b)0
可看到，电感变化的周期是90机械
角，是一个电周期，故电角度是机械
位置检测器所区分的区域
角度的N倍，为免去不同转子极数c)
r⑥①②③④⑤⑥①②③

电机分析时角度不同的麻烦，以下i
角均以电角度（或电弧度）表示之。At
i
Bt
图b)中，除A相的矩角特性T外，d)
Ai
Ct
还同时用虚线画上了B、C相的矩角
T
特性。e)
从矩角特性可知，在0这电t
感上升区域内在A相绕组中通入电0
i
流（正、负电流都可以），就可以得At
i
B
到正转矩；在2区域内，电感f)t
i
下降，故只要A相绕组有电流就会Ct
得到制动转矩。但在电感的最小值及
Tt
最大值附近，电感不变或变化不大，g)0
所能得到的转矩为零或接近为零。
类似于无刷直流电动机自控式
变频的方式，用位置信息来控制各绕图7-21开关磁阻