磁阻电动机

其定子与普通的同步电动机一样，但转子上没有励磁绕组。通常转子结构上有两个对称轴线，磁阻较小的称为直轴，磁阻较大的称为交轴。转子表面有槽以安装笼式绕组，供起动之用。若定子绕组接上电源而产生旋转磁场，则在转子笼式绕组中将感应出电流并产生转矩而起动。当转子转速接近同步转速时，依靠磁阻转矩可把转子牵入同步，然后以同步转速运转。磁阻转矩的产生原理示意如图。

图a所示为圆柱形转子，它的位置变化并不影响磁阻的大小及磁力线的分布,因而不产生磁阻转矩。图b和c所示转子结构的对称轴线与磁场轴线一致，磁力线与转子轴线对称，也不产生磁阻转矩。图d所示转子直轴轴线比定子磁场轴线滞后了一个角度θ(称功率角)，于是气隙磁场扭斜,磁力线所经路径被拉长,磁阻增大。被拉长了的磁力线力图缩短，于是产生了磁阻转矩。

磁阻电动机具有结构简单,制造容易，成本低廉,运行可靠等优点，但只能在同步转速下运行。广泛应用于需要转速不变的电子设备、记录仪表、摄影机、录音机和复印机等设备中。功率从几瓦到几百瓦。

SRM的定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁芯由硅钢片迭压而成，所以SRM具有结构简单坚固，控制性能良好以及效率高等优良特性，因此，开关磁阻电动机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD)虽然发展时间较短，但已经成为交流变频调速、无刷直流电机系统的有力竞争者。由于转子上无绕组，也不加永久磁铁，定子上有集中绕组，所以SRD还具有独特的故障运行能力，高速及高温下运行能力优良，因此，特别适合恶劣的工作环境，如井下采煤机。SRM是一种典型的机电一体化电机，其控制非常灵活，很容易实现四象限运行。

SRM是SRD的执行元件，其结构和工作原理与传统的交直流电机有着根本的区别。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。SRM可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。

SRM的运行遵循"磁阻最小原理"，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。当定子A-A'极励磁时，所产生的磁力则力图使转子旋转到转子极轴线3-3'与定子极轴线A-A'重合的位置，并使A相励磁绕组的电感最大。若以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给A→B→C→D相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转。反之，若依次给C→B→A→D相通电，则电动机就会沿顺时针方向转动。可见，SRM的转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。另外，从图1-2可以看出，当主开关器件S 、S 导通时，A相绕组从直流电源 吸收电能，而当S 、S 关断时，绕组电流经续流二极管D 、D 继续流通，并回馈给电源 。

开关磁阻电动机传动系统综合了感应电动机传动系统和直流电动汽车电机传动系统的优点，是这些传动系统的有力竞争者，其主要优点如下:

1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2~1.4倍。

2、电动机的结构简单，转子上没有任何形式的绕组;定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。

3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励，理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件，且与电动机绕组串联，不会像PWM逆变器电源那样，存在两个开关元件直通的危险。所以，开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流调速系统。

4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速限制小，可制成高转速电动机，而且转子的转动惯量小，在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。

5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软启动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。

6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位处理可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可以维持在教导水平。

开关磁阻电动机驱动系统SRD系统的主要缺点是:

1、有转矩脉动。从工作原理可知，S开关磁阻电动机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而成的，由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响，合成转矩不是一个恒定转矩，而有一定的谐波分量，这影响了SR电动机低速运行性能。

2、SR电动机传动系统的噪声与震动比一般电动机大。

3、SR电动机的出线头较多，如三相SR 电动机至少有四根出线头，四相SR电动机至少有五根出线头，而且还有位置检测器出线端。

上述缺点通过对电动汽车电机进行精心设计，采取适当措施，并从控制角度考虑采用合理策略可以得到改进。

我国对开关磁阻电动机调速系统的研究与试制起步于20世纪80年代末90年代初，取得了从基础理论到设计制造技术多方面的成果与进展，但产业化及应用性研究工作相对滞后。由于SRD的产业化，人们通常将其产品称为"开关磁阻调速电动机"。

开关磁阻电动机调速系统主要由开关磁阻电动机(SRM)、功率变换器、控制器、转子位置检测器四大部分组成，系统框图如图1。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，电动机与国产Y系列感应电动机同功率同机座号同外形。

图1 SRM系统框图