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开关磁阻电机的基本学习内容

1 开关磁阻电机的基本原理以及结构

开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor，简称SRM) 定转子为双凸极结构，铁心均由普通硅钢片叠压而成，其定子极上有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一相，转子非永磁体，其上也无绕组[1,3]。SRM的定转子极数必须满足如下约束关系：

?Ns =2km Nr= Ns+ 2k (1-1)

其中，Ns，Nr分别为电机定、转子数；m为电机相数值减1；k为一常数。以下图1-1所示一个典型四相8/6极SRM为例，相数为4，因而m=3，取k=1，则Ns=6，Nr=8。m及k值越高，越利于高控制性能控制，但相应成本越高，结构越复杂。目前技术较为成熟，发展较为迅速的产品多为三、四相SRM[2]。

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图1-1即为一典型四相8/6结构的SRM电机本体及其不对称功率变换器主电路的示意图（图1-1在末尾手画）。为表述清晰，图中仅画出不对称半桥电路的一相，其他各相均与该相相同，并省略了相应的驱动及检测电路。完整的开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD）则由SRM、功率变换器、控制器、位置检测器等四大部分组成，如下图1-2示。

SRM可以认为是同步电机的一个分支，它运行时遵循磁阻最小原理，同步进电机较为类似[2,30]。其具体运行原理如下：首先要保证励磁相的定子凸极和最近的转子凹极中心线不重合，也即初始位移不能位于磁阻最小位置。通以交流电后，经过一个整流桥变为直流电源，当开关S1和S2开通时，AA’相通电励磁，产生一个磁拉力。在该电磁力的轴向分量作用下，产生电磁转矩，凸极转子铁心趋向于旋转到定转子极轴线B-B’与A-A’重合的位置；而电磁力的径向力分量则造成定子的“变形”，这也是产生转矩脉动和电机噪声的根本原因之一。在该过程中电机吸收电能。关断S1和S2，开通BB’相，此时AA’相经续流二极管VD1、VD2将电能回馈给电源，同时BB’相趋向运行到定转子极轴线C-C’与B-B’重合的位置。以此类推，顺次给A→B→C→D相循环励磁，在惯性和轴向力的作用下，转子将一直逆着励磁顺序旋转，从而完成自同步运行。同理若改变励磁顺序为C→B→A→D，则转子沿顺时针方向转动。由此可以看出， SRM与直流电机不同，其运行方向与相电流方向无关，而仅与相绕组通电顺序有关。

功率变换器电源SRM负载电流检测位置检测速度给定控制器速度反馈位置反馈

图1-2开关磁阻电机调速系统构成

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初次以外，我还搜集了几种不同结构的SR电机，分别有涡轮转子两相SR电机，可控饱和两相SR电机、常规结构三相6/4级SR电机、三相6/8SR电机、三相12/10级SR电机、三相6/2级SR电机、三相12/8级SR电机、三相24/32极外转子SR电机、五项10/8级短磁SR电机、七相14/12极短磁路SR电机，具体配图见报告末尾备注。

二． SRD的物理方程与控制分析

SRM的双凸极结构及整个磁路的脉振性、高饱和、涡流、磁滞等非线性因素的存在，加上运行时的开关性，使得的SRM精确分析极为困难上，适度的简化模型显示了强大的优势。

首先，基于简化模型的假设如下【28，102】： 主开关电源的直流电压(±Us)不变； 忽略铁耗及相间互感；

忽略功率开关自身的功耗，视为理想开关器件； 认为电机各相参数完全对称； 磁场不饱和。

在此基础上，我们可以得到SRM运行的本质电磁和力学关系，写出其严密的物理方程[1,2,3,7]。

1.电路方程

Uk?Rkik?d?kdt【41,44】

。在此问题

(1-2)

式中，Uk：第k相绕组端电压；Rk、ik、链。

2.磁链方程

k：第k相绕组的电阻、电流和磁

相绕组磁链可用相电感和相电流表示，即：

?k??k?ik,??

(1-3)

式中，

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：转子位置角。