对永磁无刷直流电机和开关磁阻电机的理解
一、永磁无刷直流电动机
（1）、简介
直流电动机虽然起动和调速性能好，堵转转矩大，但是直流电动机具有电刷和换向器组成的机械换向装置，其间的滑动接触严重影响了电机的精度和可靠性，缩短电机寿命，需要经常维，产生的火花会引起无线电干扰，并且电刷换向装置又使直流电机变得结构复杂，工作噪声大。

在微电子技术、电力电子技术和电机控制技术日趋成熟的基础上，人们应用高性能永磁材料创造出了无接触式换向的直流电机，我们称之为永磁无刷直流电机。

（2）、基本结构
永磁无刷直流电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器和功率电子开关三部分组成。

直流电源通过电子开关向电动机定子绕组供电，由位置传感器检测电动机转子位置并发出电信号去控制功率电子开关的导通和关断，使电动机转动。

（3）、工作原理
以下举一相导通星形三相三状态的例子说明。

一相导通星形三相三状态永磁无刷直流电动机三只光电位置传感器H1、H2、H3在空间对称均布，遮光圆盘与电机转子同轴安装，调整圆盘缺口与转子磁极的相对位置使缺口边沿位置与转子磁极的空间位置相对应。

缺口位置使光电传感器H1受光而输出高电平，功率开关管VT1导通，电流流入A相绕组，形成位于A相绕组轴线上的电枢磁动势Fa，Fa顺时针方向超前于转子磁动势Ff150°电角度。

Fa与Ff相互作用拖动转子顺时针旋转，当转子转过120°电角度时，与转子同轴安装的圆盘转到使光电传感器H2受光、H1遮光，功率开关管VT1关断、VT2导通，A相绕组断开，电流流入B相绕组，电流换相。

电枢磁动势变为Fb，Fb在顺时针方向继续领先转子磁势Ff150°电角度，两者相互作用，又驱动转子顺时针方向旋转。

当转子磁极转到240°时，电枢电流从B相换流到C相，产生的电磁转矩继续使电机转子旋转，直至重新回到起始位置，完成一个循环。

（4）、控制方法
永磁无刷直流电动机的控制方法，按有无转子位置传感器，可分为有位置传感器控制和无位置传感器控制。

有位置传感器控制：转子位置传感器产生的转子位置信号，被送至转子位置译码电路，经放大和逻辑变换形成正确的换向顺序信号，去触发导通相应功率开关元件，使之按一定顺序接通或关断绕组，确保电枢产生的步进磁场和转子永磁磁场保持平均的垂直关系，以利于产生最大转矩。

换向信号逻辑变换电路则可在控制指令的干预下，根据现行运行状态和对正转、反转，电动、制动，高速、低速等要求实现换相信号分配，导通相应的功率电子开关器件，产生出相应大小和方向的转矩，实现电机的运行控制。

保护电路实现电流控制、过电流保护、欠电压保护和过热保护等。

无位置传感器控制：无位置传感器控制方法是指电机无机械式位置传感器，就是不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感器来检测转子位置。

永磁无刷直流电机无位置传感器控制的关键是设计一转子位置信号检测电路，从硬件和软件两个方面来间接获取可靠的转子位置信号。

检测得到转子位置信号后电机的控制方法和上述的有位置传感器控制相同。

目前大多是利用定子电压、电流等容易获取的物理量进行转子位置的估算，以获取转子位置信号。

二、开关磁阻电机
（1）、简介
开关磁阻电机是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最
新一代调速系统。

它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高。

完整系统主要有电机实体、功率变换器、控制器与位置检测器等部分组成。

控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。

现如今，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100000 r/min。

（2）、工作原理
现以8/6极开关磁阻电机为例说明。

当A相绕组电流控制开关S1、S2闭合时，A相绕组通电励磁，所产生的磁通将由励磁相定子极通过气隙进入转子极，再经过转子轭和定子轭形成闭合磁路。

当转子极接近定子极时，比如说转子极1-1‘与定子极A-A’接近时，在磁阻转矩作用下，转子将转动并趋向使转子极中心线1-1‘与励磁相定子极中心线A-A’相重合。

当这一过程接近完成时，适时切断原励磁相电流，并以相同方式给定子下一相励磁，则将开始第二个完全相似的作用过程。

在实际运行中，也有采用二相或二相以上绕组同时导通的方式。

但无论是同时一相导通，还是同时多相导通，当m相绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。

设每相绕组开关频率为f，转子极数为Z，则SR电机的转速与绕组开关频率的关系为n=60f/Z。

（3）、控制方法
目前，在SR电机驱动系统中最常用的主要有两种控制方式，电流斩波控制和角位置控制。

电流斩波控制：在i与θ的关系中，当θ=θon时，功率电路开关元件导通，在电压作用下绕组电流i从零开始上升，当电流增长到一定峰值Imax时绕组承受反向电压，电流快速下降，当电流下降到Imin时，对绕组重新通电。

如此反复开通、关断，形成锯齿形电流波形，直至θ=θoff时实行相关断，电流衰减至零。

该方式的特点是：适用于低速和制动运行，转矩平稳，适合用作转矩调节系统，用作调速系统时抗负载扰动的动态响应慢。

角位置控制：角位置控制就是控制开通角θon和关断角θoff。

在θon与θoff之间，对绕组加正电压，在绕组中建立和维持电流；在θoff之后一段时间内，绕组承受反电压，电流续流并快速下降，直至消失，为一个完整的脉冲。

控制θon和θoff可以改变电流波形和绕组电感波形的相对位置，当电流波形的主要部分位于电感的上升区，则产生正转矩，电机为电动运行；反之，若使电流波形的主要部分处于绕组电感的下降段，则将产生负转矩，电机为制动运行。

该方式的特点是：转矩调节范围大，电动机效率高，不适用于低速。