题目：开关磁阻电机开关磁阻电机学习《特种电机及其控制》这门课程，这要介绍了无刷直流电机及其控制、开关磁阻电机及其控制系统、步进电机及其控制，其中我最感兴趣的开关磁阻电机。

下面我将对我所了解的开关磁阻电机做一总结。

一、发展背景开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的猛烈发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出优点，成为直流电机调速系统、交流电机调速系统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注，目前开关磁阻电机已开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。

开关磁阻电机的基本概念可追溯到19世纪40年代，1842年，英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。

20世纪60年代，大功率晶闸管的出现为SR电机的研究发展提供了重要的物质条件。

1967年，英国的Leeds大学开始对SR电机进行深入研究；直到1970年左右，研究结果表明：SR电机可以在单相电流下四象限运行，功率变换器无论是用晶体管还是用普通晶闸管，所需开关数都是最少的；电动机成本也明显低于同容量的感应电动机。

20年代70年代初，美国福特公司研制出最早开关磁阻电机的调速系统，其结构为轴向气隙电动机，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，适合于蓄电池供电的电动车辆的转动。

1980年Leeds大学的Lawrenson教授及其同事总结出了自己的研究成果，发表了题为“Variable--Speed Switched Reluctance Motors”的论文，系统阐述了开关磁阻电机的基本原理与设计特点，并得出了新型磁阻电机的单位出力可以与交流感应电机相媲美甚至还略占优势的结论。

1983年英国TASC公司推出了Oulton系列通用SRD调速产品，问世不久便受到了各国电气传动界的广泛重视。

从1984年开始，我国许多单位先后开展了SRD研究，在借鉴国外经验的基础上，我国SR电机的研究发展很快。

2000年，国内100KW以上的SR电机已应用于煤矿的采煤机，目前已将180KW的SR电机应用于地铁机车的牵引，应形成一些SRD系列商品，最大功率达几十到上百千瓦。

二、简单介绍开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。

开关磁阻电机的运行遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿磁阻最小的路径闭合。

利用磁阻的不等，磁通总向磁阻小的路线集中，通电的定子以磁力吸引铁磁性的转子，使磁力产生切向分力，即产生对转子的转矩。

定子的通电循序是根据转子位置传感器检测到的转子位置相对应的最有利于对转子产生向前转动转矩的那一相定子通电，转过一定角度后又由下一个最有利于转子产生转矩的一相通电。

不断变换通电的定子绕组相序，使转子连续朝一个方向转动。

磁阻电机不同于步进电机，磁阻电机是有位置反馈的，是一种自同步电机，其转速是由电机的驱动力矩和负载的阻力矩共同决定的。

它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。

主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。

控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。

图1-1 开关磁阻电动机调速系统构成图1-2开关磁阻电机实物图开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。

使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。

◆其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。

◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。

由于绕组均在定子上，电机容易冷却。

效率高，损耗小。

◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。

◆转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。

◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。

◆调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。

◆并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。

◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。

◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。

◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。

三、开关磁阻电机的应用近年来，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。

(1)开关磁阻电机电动车应用开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。

目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。

当高能量密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机变为首选对象。

SRD开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。

这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。

SRD 的最大特点是转矩脉动大，噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；另一个缺点是要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。

因此无传感器的SRD也是未来的发展趋势之一。

其优点主要表现在以下几个方面：（1）开关磁阻电机不仅效率高，而且在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率，这是其它类型驱动系统难以达到的。

这种特性对电动车的运行情况尤为适合，有利于提高电动车的续驶里程。

（2）开关磁阻电机很容易通过采用适当的控制策略和系统设计满足电动车四象限运行的要求，并且还能在高速运行区域保持强有力的制动能力。

（3）开关磁阻电机有很好的散热特性，从而能以小的体积取得较大的输出功率，减小电机体积和重量。

（4）通过调整开通角和关断角，开关磁阻电机完全可以达到它激直流电机驱动系统良好的控制特性，而且这是一种纯逻辑的控制方式，很容易智能化，从而能通过重新编程或替换电路元件，方便地满足不同运行特性的要求。

（5）开关磁阻电机无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠，无需或很少需要维护，适用于各种恶劣、高温环境，具有良好的适应性。

(2)开关磁阻电机纺织工业应用近十多年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。

这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统；先进的驱动技术，有变频调速，交流伺服，步进电机等；检测传感技术和执行机构；精密机械技术等。

棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机等。

其中，无梭织机的主传动技术也有了新的突破：采用开关磁阻电机作为无梭织机的主传动带来许多好处，减少传动齿轮、不用皮带和皮带盘，不用电磁离合器和刹车盘，不用寻纬电机，减少了这些机械结构直接的减小了转动惯量，减小能耗。

同时因为开关磁阻电机的能量转化效率高，能使织机节能10%等优点，国内已有开关磁阻电机和驱动器的产品（北京中纺机电研究所，目前还在与无梭织机主机厂合作，共同开发应用技术，希望能尽快取得成功，填补国内空白）。

而浙江中自机电控制技术有限公司，目前已经研发成功开关磁阻电机的驱动系统，成功运用于无梭织机上，在主机厂运转性能良好，达到国际先进水平。

(3)开关磁阻电机在风电行业的应用普通的发电机，如如异步发电机、感应发电机、永磁发电机要输出固定电压，其转速也须固定。

而风速是时刻变化的，所以风轮机的转速必须固定不变，导致网通利用效率低下。

显然，如果使用变速发电机就能提高风能利用效率（即变速恒频发电系统），而开关磁阻电机正满足了这样的要求。

开关磁阻发电机用于风力发电有如下优势“1、可以方便的发出电压恒定的直流电，尤其对于它励方式，输出电压直接由励磁电压决定，而与转速无关。

在自励方式下，也可以通过自身的控制器实现电压恒定。

2、开关磁阻发电机结构简单，转子上无刷、无绕阻、无永久磁体，因此成本低廉；不存在铜耗，发电效率高；同时转子的转动惯量小，启动转矩低，动态响应好。

低频时不会出现像变频供电的感应电机在低频时出现的不稳定和振荡问题。

因此即使在网速较低的情况下，通过合理的设计，也可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，从而省去了齿轮箱。

3、开关磁阻发电机具有优良的高速性能，能够在宽广的速度范围内稳定运行，因而可以适应不同网速的要求，高效的利用网通。

4、开关磁阻发电机可控参数多，如开通角，关断角，直流斩波限，励磁电压等，可方便的实现比较复杂的控制策略。

5、开关磁阻发电机具有自励能力，只需要小容量的直流起励电源，就可以自动建立电压。

若与蓄电池构成互补系统，更可以体现分时励磁和发电的优势。

6、开关磁阻发电机各相在物理和电磁上相互独立，即使缺相的情况下，仍可维持工作，具有很强的容错能力。

(4)开关磁阻电机焦炭工业应用开关磁阻电机（SRD）因其起动力矩大、起动电流小，可以频繁重载起动，无需其它的电源变压器，节能，维护简单，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。

90年代英国已研制成功300kW的开关磁阻电机，用于刮板输送机，效果很好。

我国已研制成功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车、132kW 的开关磁阻电机用于带式输送机拖动，良好的起动和调速性能受到工人们的欢迎。

我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能良好。

此外还成功地将开关磁阻电机用于电机车，提高了电机车运行的可靠性和效率。

(5)开关磁阻电机家电行业应用随着人们生活水平的提高，洗衣机已逐渐深入千家万户，洗衣机也经历了手动机械洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机的发展过程，并不断智能化。

洗衣机电机也由简单的有级调速电机发展为无级调速电机。

开关磁阻电机由于低成本、高性能、智能化已开始应用于洗衣机，在美国高档洗衣机中已小批量采用，并取得明显的优点：（1）很低的洗涤速度。

（2）良好的衣物分布性。

（3）滚筒平衡性好。

（4）快速安全停机。

（5）软起动。

（6）电流限幅。

（7）最大速度高，低速转矩大。

（8）机械特性易调整。

（9）对水温、水流等易于智能控制。

(6)开关磁阻调速电机控制器控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断，功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断，从而使电动机旋转，旋转方向与电流方向无关。

通过控制绕组导通与关断的顺序，可以控制电动机的旋转方向，通过控制绕组的电流及开通与关断角度可以控制电动机的转速。