开关磁阻电机.ppt

开关磁阻电机课件作者：蔡维伦日期：2016.4.15.课件的内容一、一、MOTORMOTOR的种的种类二、二、SRDSRD的特点及的特点及应用用三、三、SRDSRD的的驱动原理原理四、四、SRDSRD控制策略控制策略.# note# note 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 1. PMSM : Permanent Magnet Synchronous Motor 2. BLDC : Brushless DC 2. BLDC : Brushless DC 3. BLAC : Brushless AC 3. BLAC : Brushless AC 4. SRM : Switched Reluctance Motor 4. SRM : Switched Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor 5. SynRm : Synchronous Reluctance Motor电机交流电机直流电机感应式电机同步同步电机机通用电机磁极磁极电机机w单相w三相w 永磁同步电机(BLDC, BLAC)w 开关磁阻电机w 同步磁阻电机旋转式直线式1、 电机的种类. 1.1 1.1 两两类不同原理的不同原理的电动机机 电机可以根据机可以根据转矩矩产生的原理生的原理划分划分电磁作用原理磁作用原理产生生转矩的矩的电机机磁阻磁阻变化原理化原理产生生转矩的矩的电机机运运动是定、是定、转子两个磁子两个磁场相互作用的相互作用的结果果相互作用相互作用产生生使两个磁使两个磁场趋于同向于同向的的电磁磁转矩，矩，这类似于两个磁似于两个磁铁的同极性相排斥、异极性相吸引的的同极性相排斥、异极性相吸引的现象象目前大部分目前大部分电机都是遵循机都是遵循这一原理，例如一般的直流一原理，例如一般的直流电机和交流机和交流电机。

机运运动是由定、是由定、转子子间气隙磁阻的气隙磁阻的变化化产生的生的当定子当定子绕组通通电时，，产坐一个坐一个单相磁相磁场，其分，其分铀要遵循要遵循“磁阻磁阻最小原最小原则”，即磁通，即磁通总要沿着磁阻最小的路径要沿着磁阻最小的路径闭合因此，当合因此，当转子子轴线与定子磁极的与定子磁极的轴线不重合不重合时，便会有磁阻力作用在，便会有磁阻力作用在转子上并子上并产生生转矩使其矩使其趋向于磁阻最小的位置即两向于磁阻最小的位置即两轴线重合位重合位置，置，这类似于磁似于磁铁吸引吸引铁质物物质的的现象象开关磁阻开关磁阻电机机就是属于就是属于这一一类型的型的电机1.2 1.2 交流永磁同步交流永磁同步电机机.1.2.1 交流永磁同步电机控制结构.1.2.2 交流永磁同步电机控制原理.电磁磁场1.2.3 交流永磁同步电机控制要求.到到日前日前为止，止，在在SRD系系统的的开开发研制方面，研制方面，英国一直英国一直处于国于国际领先地位除先地位除英国外，美国、英国外，美国、中国、加拿大、中国、加拿大、印度、印度、韩国等国国等国家也都开展了家也都开展了SRD系系统的研的研究工作究工作从此，世从此，世界上大批界上大批学者投入学者投入到到SR电机的研究机的研究领域域1980年，年，Lawrenson及及其同事在其同事在ICEM会会议上，上，发表著名表著名论文文“开关磁阻开关磁阻调速速电动机机”，系，系统地介地介绍了他了他们的工作成果，的工作成果，阐述了述了SR电机的原理及机的原理及设计特点，在国特点，在国际上奠定了上奠定了现代代SR电机的地位，机的地位，这也也标志着志着SRD正式得到国正式得到国际认证最早文献却最早文献却可追溯到可追溯到1838年，英年，英格格兰学者学者Davidson制制造了一台用造了一台用以推以推动蓄蓄电池机池机车的的驱动系系统70年代左右，英国年代左右，英国Leeds大学步大学步进电机和磁阻机和磁阻电机研究机研究小小组首首创了一台了一台现代开关磁阻代开关磁阻电机的机的雏形形2 2　开关磁阻　开关磁阻电机机发展展历史史通通过30多年的研究和改多年的研究和改进，，SRD的性能不断提高，目的性能不断提高，目前已能在数百瓦到数百千前已能在数百瓦到数百千瓦的功率范瓦的功率范围内使其性能内使其性能不低于其他形式的不低于其他形式的电机机.2.1 SRD2.1 SRD的的应用用 开关磁阻开关磁阻电动机（机（Switched Reluctance Drive ：：SRD）是）是继变频调速系速系统、无刷直流、无刷直流电动机机调速系速系统之后之后发展起来的展起来的最新一代无最新一代无级调速速系系统，是集，是集现代微代微电子技子技术、数字技、数字技术、、电力力电子技子技术、、红外光外光电技技术及及现代代电磁理磁理论、、设计和和制作技制作技术为一体的光、机、一体的光、机、电一体化高新技一体化高新技术。

它具有它具有调速系速系统兼具直流、交流两兼具直流、交流两类调速系速系统的的优点英、美等英、美等经济发达国家达国家对开关磁阻开关磁阻电动机机调速系速系统的研究起步的研究起步较早，并已取得早，并已取得显著效果，著效果，产品功率等品功率等级从数从数w直到数百直到数百kw，广泛，广泛应用于用于家家用用电器、航空、航天、器、航空、航天、电子、机械及子、机械及电动车辆等等领域 .2.22.22.22.2 .2.3 2.3 总体影响体影响 .2.4 SRD2.4 SRD机械机械结构构.下面通下面通过一个一个开关磁阻开关磁阻电动机原理模型来机原理模型来介介绍工作原理工作原理电机的定子机的定子铁芯有六个芯有六个齿极，由极，由导磁良好的硅磁良好的硅钢片冲制片冲制电机的机的转子子铁芯有四个芯有四个齿极，极，由由导磁良好的硅磁良好的硅钢片冲制 由于定子与由于定子与转子都有凸起的子都有凸起的齿极，极，这种形式也称种形式也称为双凸极双凸极结构在定子构在定子齿极上极上绕有有线圈圈（定子（定子绕组），用来向），用来向电机提机提供工作磁供工作磁场在转子上没有子上没有线圈，圈，这是是磁阻磁阻电机的主要特点机的主要特点。

2.52.5　　电动机定、机定、转子子实际结构构 .2.6.2.6.1.2.6.1.2.7　开关磁阻开关磁阻电机的机的优缺点缺点1.SRD电机机转子子上上没没有有任任何何形形式式的的绕组、、永永磁磁体体、、滑滑环等等，，定定子子上上只只有有简单的的集集中中绕组，，绕组端部端部较短，没有相短，没有相间跨接跨接线，因此，因此SR电机的机的结构比鼠构比鼠笼式感式感应电动机机还要要简单2.SR电机的材料利用系数高，与直流机的材料利用系数高，与直流电机甚至感机甚至感应电机相比，体机相比，体积小、小、坚固、固、维护量小3.由由于于SR电机机的的转矩矩与与电流流极极性性无无关关，，只只需需要要单方方向向的的电流流激激励励，，因因此此在在理理论上上功功率率变换器器电路路中中每每相相可可以以只只用用一一个个可可控控开开关关元元件件，，而而且且每每个个可可控控开开关关元元件件都都与与电机机绕组串串联，，不不会会出出现像像交交流流电机机PWM逆逆变器器那那样有有电源源直直通通短短路路的的危危险，，所所以以功功率率变换器器电路路简单，，可可靠靠性高4.SR电机机转子上无子上无绕组，系，系统在低速运行在低速运行时，不，不仅转矩大，而且矩大，而且转子子发热不不严重。

重5.SRD系系统可可以以通通过对电流流的的导通通、、断断开开以以及及电流流幅幅值等等的的控控制制，，易易于于实现系系统的的软启启动，，四象限运行和四象限运行和宽广的恒功率范广的恒功率范围6.SRD系系统的容的容错能力能力强，在缺相的情况下仍然能可靠运行在缺相的情况下仍然能可靠运行7.SR电机原有的机原有的转矩脉矩脉动大、噪声大的缺点通大、噪声大的缺点通过技技术的的进步也已步也已经可以解决可以解决192.7.1　　SRD的特点的特点.2.8.2.8.1.电动汽车用开关磁阻电机三相SRM五相SRM2.8.3.2.9　　SRD的研究方向的研究方向SR电机机设计研究：研究：1、减小、减小转矩脉矩脉动及噪声及噪声,电机的振机的振动的研究的研究2、相数的研究与、相数的研究与选择3、、电机机铁耗、效率分析耗、效率分析SR电机的控制策略研究：机的控制策略研究：• 　最　最优控制，减小控制，减小转矩脉矩脉动、降低噪声、降低噪声•　具有　具有较高高动态性能、算法性能、算法简单、可抑制参数、可抑制参数变化、化、扰动及各种不确定性干及各种不确定性干扰的新型控制策略的新型控制策略•　智能控制策略　智能控制策略•　　SR电机的无位置机的无位置传感器控制感器控制•　　SR电机的振机的振动、噪声研究、噪声研究•　　SR电机机应用研究：用研究：电动车、、发电机、一体化机、一体化电机等机等•　　变换器方案确定和主开关元器件器方案确定和主开关元器件选择•　微　微处理器和理器和专用集成用集成电路的路的应用用.工作原理工作原理结构特点构特点3 3　开关磁阻　开关磁阻电机原理机原理. 在在讲电动机工作原理机工作原理时常用通常用通电导线在在磁磁场中受力来解中受力来解释电动机旋机旋转的道理，磁阻的道理，磁阻电机机转子上没有子上没有绕组，那是靠什么力推，那是靠什么力推动转子子转动呢？呢？ 磁阻磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也就机是利用磁阻最小原理，也就是磁通是磁通总是沿磁阻最小的路径是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁合，利用磁引力拉引力拉动转子旋子旋转。

下面通下面通过图示来示来说明明转子的工作原理，子的工作原理，下面是磁阻下面是磁阻电动机的正机的正视图，定子六个，定子六个齿极上极上绕有有线圈，径向相圈，径向相对的两个的两个线圈是圈是连接在一起的，接在一起的，组成一成一“相相”，，该电机有机有3相，相，结合定子与合定子与转子的极数就称子的极数就称该电机机为三相三相6 / 4结构在下图标注的注的A、、B、、C相相线圈圈仅为后面分析磁路后面分析磁路带来方便，并不是来方便，并不是连接三接三相交流相交流电 在下面有一在下面有一组磁阻磁阻电动机运机运转原理原理动画的截画的截图，，从中我从中我们将看到磁阻将看到磁阻电动机是如何机是如何转动起来的，起来的，图中中红色的色的线圈是通圈是通电线圈，黄色的圈，黄色的线圈没有圈没有电流通流通过；通；通过定子与定子与转子的深子的深蓝色色线是磁力是磁力线；；把把转子启子启动前的前的转角定角定为0度从左面从左面图起，起，A相相线圈接通圈接通电源源产生磁通，磁力生磁通，磁力线从最近的从最近的转子子齿极通极通过转子子铁芯，磁力芯，磁力线可看成可看成极有极有弹力的力的线，在磁力的，在磁力的牵引下引下转子开始逆子开始逆时针转动；中；中间图是是转子子转了了10度的度的图，右面，右面图是是转到到20度的度的图，磁力一直，磁力一直牵引引转子子转到到30度度为止，止，到了到了30度度转子不再子不再转动，此，此时磁路最短。

磁路最短 3.13.1、、 开关磁阻开关磁阻电机原理机原理.为了使了使转子子继续转动，在，在转子子转到到30度度前已切断前已切断A相相电源在源在30度接通度接通B相相电源，源，磁通从最近的磁通从最近的转子子齿极通极通过转子子铁芯，芯，见下左下左图，于是，于是转子子继续转动中间图是是转子子转到到40度的度的图，右面，右面图是是转到到50度的度的图，磁力一直，磁力一直牵引引转子子转到到60度度为止在在转子子转到到60度前切断度前切断B相相电源在源在60度度时接通接通C相相电源，磁通从最近的源，磁通从最近的转子子齿极通极通过转子子铁芯，芯，见下左下左图转子子继续转动，中，中间图是是转子子转到到70度的度的图，右面，右面图是是转到到80度的度的图，磁力，磁力一直一直牵引引转子子转到到90度度为止当当转子子转到到90度前切断度前切断C相相电源，源，转子在子在90度的状度的状态与前面与前面0度开始度开始时一一样，重复前面，重复前面过程，接通程，接通A相相电源，源，转子子继续转动，，这样不停的重复下去，不停的重复下去，转子就会不停的旋子就会不停的旋转这就是磁阻就是磁阻电动机的工作原理机的工作原理。

由于是运用了利用磁阻最小原理，故称由于是运用了利用磁阻最小原理，故称为磁磁阻阻电动机，又由于机，又由于线圈圈电流通断、磁通状流通断、磁通状态直接受开关控制，故称直接受开关控制，故称为开关磁阻开关磁阻电动机机3.1.13.1.1　开关磁阻　开关磁阻电机原理机原理.向向线圈供圈供电的开关是用开关晶体管的开关是用开关晶体管进行的，下面就是三相行的，下面就是三相线圈圈与开关晶体管的与开关晶体管的连接示意接示意图，，BG1、、BG2、、BG3是三个开关晶体是三个开关晶体管，分管，分别控制三相控制三相线圈圈A、、B、、C的的电流通断，三极管旁流通断，三极管旁边并并联的二极管是用来的二极管是用来续流的由于由于电机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟机靠磁阻工作，跟磁通方向无关，即跟电流方向无关，故在上面运行流方向无关，故在上面运行图中没中没有有标明磁力明磁力线的方向A、、B、、C各相各相线圈圈轮流通流通电似乎似乎简单，，实际情况要复情况要复杂些，些，线圈切断圈切断电源后源后产生的生的自感自感电流不会立即消失，要提前关断流不会立即消失，要提前关断电源源进行行续流；流；为加大力矩相加大力矩相邻相相线圈有圈有电流流的的时间会有部分重合；会有部分重合；调节电动机的机的转速、速、转矩也要矩也要调整开关整开关时间，各相，各相线圈开通圈开通与关断与关断时间与与转子定子子定子间的相的相对位置直接相关，故位置直接相关，故电机机还装有装有转子位置子位置检测装置装置为准准时开关各相开关各相线圈圈电流提供依据，何相流提供依据，何相线圈何圈何时通断必通断必须根据根据转子子转到的位置与控到的位置与控制参数决定。

制参数决定3.1.23.1.2　开关磁阻　开关磁阻电机原理机原理.3.1.3　开关磁阻电机的非线性特性 以上分析都是性条件下进行的实际电机磁路为非线性磁场分布.3.2 SRD3.2 SRD交流交流电机控制原理机控制原理.3.2.1 SRM 3.2.1 SRM 功率功率变换器器•功率变换器是直流电源和SRM的接口，起着将电能分配到SRM绕组中的作用，同时接受控制器的控制 •由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要单极性供电的功率变换器功率变换器应能迅速从电源接受电能，又能迅速向电源回馈能量对对功率功率功率功率变换变换器主器主器主器主电电路的要求路的要求路的要求路的要求 ：：：：（（1））较少数量的主开关元件；少数量的主开关元件；（（2）可将全部）可将全部电源源电压加加给电动机相机相绕组；；（（3）主开关器件的）主开关器件的电压额定定值与与电动机接近；机接近；（（4）具）具备迅速增加相迅速增加相绕组电流的能力；流的能力；（（5）可通）可通过主开关器件主开关器件调制，有效地控制相制，有效地控制相电流；流；（（6）能将能量回）能将能量回馈给电源3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式1、双开关型、双开关型每相有两只主开关和两只每相有两只主开关和两只续流二极管流二极管。

当两只主开当两只主开关关VTVT1 1和和VTVT2 2同同时导通通时，，电源源U US S 向向电电机机机机相相绕组供供电 ；；当当VTVT1 1和和VTVT2 2同同时关断关断时，，将将电机的磁机的磁场储能以能以电能能形式迅速回形式迅速回馈电源，源，实现强迫迫换相双开关型双开关型电路特点：路特点：1）适用于任意相数）适用于任意相数SR电机机2 2）相控独立性：独立）相控独立性：独立3 3）相）相电压= =电源源电压4 4）器件数量多）器件数量多 .我司三相我司三相我司三相我司三相SRD 12/8SRD 12/8极极极极电电机常采用双开关型主机常采用双开关型主机常采用双开关型主机常采用双开关型主电电路路路路双开关型主双开关型主双开关型主双开关型主电电路又称路又称路又称路又称为为不不不不对对称半称半称半称半桥桥型主型主型主型主电电路路路路3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.2 2双双绕组型型电路特点路特点主开关主开关S1S1导通通时，，电源源对主主绕组A A供供电；；当其关断当其关断时，，靠磁耦合将主靠磁耦合将主绕组A A的的电流流转移到移到副副绕组，通，通过二二极管极管D1D1续流，向流，向电源回源回馈电能，能，实现强迫迫换相。

相早期使用的双绕组结构，每相有主、副两个绕组，主、副绕组双线并绕，同名端反接，其匝数比为1：13.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.双双绕组型缺点：型缺点：1 1）由于主、副）由于主、副绕组之之间不可能完全耦合，不可能完全耦合，在在S1S1关断的瞬关断的瞬间，因，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上会形成上会形成较高的尖峰高的尖峰电压，故，故S1S1需要有良需要有良好的吸收回路好的吸收回路2 2）由于采用主、副两）由于采用主、副两个个绕组，因而，因而电机槽机槽及及铜线利用率低利用率低铜耗增加、体耗增加、体积增大优点：点：适用于任何相数的适用于任何相数的SRMSRM，尤其适宜于低，尤其适宜于低压直流直流电源源供供电场合合3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.3 3 3 3电电容分容分容分容分压压型型型型 （（（（电电源分裂式）源分裂式）源分裂式）源分裂式）两个相串两个相串联的的电容容C1和和C2将将电源源电压一分一分为二二, ,构成中构成中点点电位每相只有一个主开关位每相只有一个主开关S和一只和一只续流二极管流二极管D 当当S1导通通时，上，上侧电容容C1对A相相绕组放放电，，电源源对A相供相供电，，经下下侧电容容C2构成构成回路；当回路；当S1关断关断时，，A相相电流流经D1续流，向下流，向下侧电容容C2充充电。

3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.电电容分容分容分容分压压型型型型电电路的特点路的特点路的特点路的特点1）只适用于偶数相）只适用于偶数相SR电机机2）主开关数）主开关数较少少3）相控独立性：不独）相控独立性：不独立立4））电源利用率低，每源利用率低，每相相电压为电源源电压的的1/25）需限制中点）需限制中点电位漂位漂移移3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.H H桥桥型型型型 该变换器比四相电容分压型功率变换器主电路少了两个串联的分压电容，换相相的磁能以电能形式一部分回馈电源，另一部分注入导通相绕组，引起中点电位的较大浮动它它要要求求每每一一瞬瞬间必必须上上、、下下各各有一相有一相导通工作制：工作制：AB-BC-CD-DA3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.H H桥桥型型型型电电路的特点路的特点路的特点路的特点1）只适用于）只适用于4的倍数相的倍数相SR电机机2）主开关数）主开关数较少少3）相控独立性：不独立）相控独立性：不独立4）相）相绕组电压浮浮动5 5 5 5）本）本）本）本电电路特有的路特有的路特有的路特有的优优点点点点: : : :可以可以实现零零压续流，提高系流，提高系统的控制性能。

的控制性能H桥型型电路路为4相相SR电机最常机最常用的主用的主电路形式路形式3.3 3.3 主主电路常路常见形式形式.3.4 3.4 开关磁阻开关磁阻电动机的相数与机的相数与结构构 相数与相数与级数关系数关系1 1、、为了避免了避免单边磁拉力，径向必磁拉力，径向必须对称，所以双凸极的称，所以双凸极的定子和定子和转子子齿槽数槽数应为偶数2 2、定子和、定子和转子子齿槽数不相等，但槽数不相等，但应尽尽量接近因因为当定子和当定子和转子子齿槽数相槽数相近近时，就可能加大定子相，就可能加大定子相绕组电感随感随转角的平均角的平均变化率，化率，这是提高是提高电机出机出力的重要因素力的重要因素SRSR电动电动机常用的相数与极数机常用的相数与极数机常用的相数与极数机常用的相数与极数组组合合合合 . 相数相数 3 4 5 6 7 8 9定子极数定子极数 6 8 10 12 14 16 18转子极数子极数 4 6 8 10 12 14 16步步进角角(度度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 3.53.5　　SRSR电机常用方案机常用方案相数与相数与相数与相数与转转矩、性能关系：矩、性能关系：矩、性能关系：矩、性能关系：相数越大，相数越大，转矩脉矩脉动越小，但成越小，但成本越高，故常用三相、四相，本越高，故常用三相、四相，还有人在研究两相、有人在研究两相、单相相SRM低于三相的低于三相的SRM 没有自起没有自起动能力能力（（4）） 5-phase 10 stator pole/8 rotor pole利用永磁体利用永磁体利用永磁体利用永磁体辅辅助起助起助起助起动动的的的的单单相相相相SRSR电动电动机机机机 .3.6 SR3.6 SR电机基本方程与性能分析机基本方程与性能分析不不计磁滞、磁滞、涡流及流及绕组间互感互感时，，m相相SR电机系机系统示意示意图 J—转子与子与负载的的转动惯量量 TL—负载转矩矩电电路方程路方程路方程路方程第第k相相绕组的相的相电压平衡方程平衡方程:.3.6.1　磁　磁链方程方程所以：所以：电阻阻压降降变压变压器器器器电动势电动势运运运运动电动势动电动势( (转转子位置改子位置改子位置改子位置改变变) ).为电磁转矩Wf为磁场储能，wr为转子机械角速度如果忽略如果忽略绕组电阻阻R，，则上面的方程可写上面的方程可写为：：3.6.1　磁　磁链方程方程.3.6.2　　转矩矩方程方程. 3.6.3　基本控制策略　基本控制策略A. 低速时的电流斩波控制（Current chopping control- CCC)在电感很小时使绕组开通，电流快速上升。

为防止电流过大而损坏电机，当电流达到最大值Imax时，使绕组关断，电流开始衰减，当电流衰减咸至Imin时，绕组重新开通在最大电感出现之前必须将绕组关断，以免电流延续到负转矩区B. 高速时的角度位置控制（Angular position control-APC)高速时，由于反电势大，电流受到限制，上升较慢当到达最大值后，因电感的增加，电流返而下降同样，为避免电流延续到负转矩区，绕组要在电感到达最大值之前关断速度越高，要关断的越早 3.6.3　基本控制策略　基本控制策略. 3.6.3　基本控制策略　基本控制策略C.电压斩波控制(Voltage Control，简称VC) 在导通区间内，使功率开关按PWM方式工作其脉冲周期T固定，占空比T可凋在Tt内，绕组加正电压，T内加零电压或反电压改变占空比，则绕组电压的平均值U变化，绕组电流也相应变化，从而实现转速和转矩的调节，这就是电压斩波控制. 3.6.4　当前基本控制策略　当前基本控制策略_选择和和应用用1、高速角度控制，低速电流斩波控制 低速电流斩波控制电流脉冲窄而尖，转矩脉动和电流峰值大：若采用电流斩波控，则在aoff 后，续流过程较长，影响出力和效率。

解决方法是在低速电流斩波控制时结合角度控制当转速提高时，使θ off适当提前2、变角度电压斩波控制 电压斩波调节电动机的转速和转矩，并使θon和θoff随转速改变电动机电动工作，希望尽量将电流波形置于电感上升段由于电流的建立过程和续流消失的过程需要一定的时间，因而电流波形总比通电区域θon～θoff有所滞后转速越高，通电区间对应的时间越短，电流波形滞后越多，因此要求通电区间提前的角度就越多 此控制方式转速转矩调节范围大，高低速均有较好的电动机性能，亦不存在两种控制方式的转换问题缺点是控制方式的实现较复杂，对功率开关的工作频率要求较高，否则斩波噪声较大3.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 线线性模型性模型性模型性模型：：：：不不计磁路磁路饱和，假定和，假定绕组电感与感与电流无关，流无关，此此时电感只与感只与转子位置有关子位置有关 1 0  2  3  0  4  5 SR电机相机相电感随感随转子位置子位置变化化.  =  1位置位置转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置statorrotor 13.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .stator =0o位置位置rotor定子磁极定子磁极轴线与与转子凹槽中心重合子凹槽中心重合 =0o3.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .stator  = 2位位置置rotor转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 23.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .stator  =  3位置位置转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置rotor 33.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .stator  = 4位位置置rotor转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 43.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .stator  = 5位位置置rotor转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 53.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 . 1 0  2  3  0  4  5  =0 定子磁极定子磁极轴线与与转子凹槽中心重合子凹槽中心重合 1( 5) 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 2 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 3 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置 4 转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置3.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .K=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/s特征：特征：特征：特征：随定、随定、随定、随定、转转子磁极重叠的增加和减少，相子磁极重叠的增加和减少，相子磁极重叠的增加和减少，相子磁极重叠的增加和减少，相电电感感感感在在在在L Lmax max 和和和和L Lminmin之之之之间线间线性地性地性地性地变变化化化化 。

Lmin为定子磁极定子磁极轴线对转子凹槽中心子凹槽中心时的的电感感, Lmax定子磁极定子磁极轴线对转子磁极子磁极轴线的的电感感 3.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .3.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .3.6.53.6.5　理想　理想线性模型的性模型的SRSR电动机分析机分析 .3.73.7　相　相电流解析分析流解析分析第第k k相相绕组模型模型续续流流流流结结束角束角束角束角.3.73.7　相　相电流解析分析流解析分析. on< 2 : 在在电感上升前开通，感上升前开通，迅速建立迅速建立电流，以流，以获得足得足够转矩矩 > 2 :电感上升，使感上升，使绕组电流下降流下降 off< 3 : 在在电感达最大之前，感达最大之前，绕组关断，关断，绕组续流 3< z< 4 (θzθz=2=2θθoffoff- -θθonon) ) 在在电感下降之前，感下降之前，续流流结束否则会会产生反向生反向转矩矩3.83.8典型典型电流波形流波形.不同开通角下不同开通角下电电流波形流波形开通角越小，开通角越小，开通角越小，开通角越小，电电流幅流幅流幅流幅值值越大，越大，越大，越大，续续流流流流时间时间越越越越长长。

不同关断角下不同关断角下电电流波形流波形3.83.8　典型　典型电流波形流波形.变化化趋势：：结构一定，在构一定，在θθonon和和θθoffoff不不变时，，绕组电流随外加流随外加电压的增大而增大，随的增大而增大，随转速速的升高而减小；通的升高而减小；通过调整开关角和关断角也整开关角和关断角也可以影响可以影响绕组电流，从而就流，从而就间接地使接地使电动机机的的电磁磁转矩增大 影响影响绕组电流的因素流的因素：：外加外加电源源电压UsUs、角、角速度速度ωωr r、开通角、开通角θθonon、关断角、关断角θθoffoff、最大、最大电感感Lmaxmax、最小、最小电感感Lminmin、定子极弧、定子极弧ββs s等 线性模型忽略了性模型忽略了许多因素，多因素，计算算结果果误差很大，只差很大，只能定性地能定性地说明影响明影响电流、流、转矩的因素矩的因素3.83.8　典型　典型电流波形流波形.SR电机的基速机的基速•SR电机的固有机械特性类似与直流电机的串励特性•对给定SR电机，在最高电压Us和最大允许电流条件下，存在一个临界角速度即SR电机得到最大转矩的最高角速度，称为基速基速3.9　 SR电机固有机械特性机械运机械运动动方程：方程：式式式式中中中中T T T Te e e e————电电磁磁磁磁转转矩矩矩矩；；；；J J J J ————系系系系统统的的的的转转动动惯惯量量量量；；；；K K K KΩΩ————摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数；数；数；数；T TL L————负载转负载转矩。

矩 .4　　SR电机控制策略：机控制策略：*基速以下，基速以下，电流流斩波控制波控制(CCC)，，输出恒出恒转矩矩可控量可控量为：：Us、、  on 、、 off控制法控制法1：固定：固定 on , off，通，通过电流流斩波限波限制制电流，得到恒流，得到恒转矩矩控制法控制法2：固定：固定 on , off，由速度，由速度设定定值和和实际值之差之差调制制Us，，进而改而改变转矩矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，，输出恒功率出恒功率.设设定定定定电电流上、下幅流上、下幅流上、下幅流上、下幅值值的的的的斩斩波波波波图图 设设定定定定电电流上限和关断流上限和关断流上限和关断流上限和关断时间斩时间斩波波波波图图 4　　SR电机控制策略：机控制策略：.控制方式的合理控制方式的合理选择 4　　SR电机控制策略：机控制策略：.SRSR电动电动机的起机的起机的起机的起动动运行运行运行运行 四相四相四相四相SRSR电动电动机的矩角特性机的矩角特性机的矩角特性机的矩角特性 两相起两相起两相起两相起动时动时合成合成合成合成转转矩波形矩波形矩波形矩波形 .SRSR电动电动机的四象限运行控制机的四象限运行控制机的四象限运行控制机的四象限运行控制 SRSR电动电动机正反机正反机正反机正反转转控制原理控制原理控制原理控制原理 4　　SR电机控制策略：机控制策略：.制制动状状态下下L, ,i,Te与与转子子位置角位置角  的关系示意的关系示意图 4　　SR电机控制策略：机控制策略：.转速的速的计算算设：：定定子子绕组为m相相，，定定子子齿数数 Ns=2m，，转子子齿数数为Nr。

当当定定子子绕组轮流流通通电一一次次时，，转子子转过一一个个转子子齿距距这样定定子子需需轮流流通通电 Nr次次转子子才才转过一一周周，，故故电机机转速速 n(r/min)与与相相绕组电压的开关的开关频率率 fph之之间的关系的关系为 给定定子子相相绕组供供电的的功功率率变换器器输出出电流脉流脉动频率率 则为 （脉（脉动越大越好？）越大越好？） 结结 论论：：4　　SR电机控制策略：机控制策略：.一路一路转子位置信号的子位置信号的频率率为 转子位置子位置检测信号的信号的频率与率与电机的机的转速成速成正比，将正比，将测出的出的转子位置信号的子位置信号的频率率经过转换即可得到即可得到转速由于SRD系系统位置位置检测输出信号出信号为数字信号，故其数字信号，故其转速速检测不不需要附加器件，十分需要附加器件，十分简单易行，且便于与易行，且便于与计算机接口算机接口 4　　SR速度速度检测 .MM法法法法测测速速速速 与与与与 T T法法法法测测速速速速 MM法适用于高速运行法适用于高速运行法适用于高速运行法适用于高速运行时时的的的的测测速，低速速，低速速，低速速，低速时测时测量精度量精度量精度量精度较较低。

低因因因因为为在在在在p pN N和和和和T Tc c相同的条件下，高相同的条件下，高相同的条件下，高相同的条件下，高转转速速速速时时mm1 1较较大，量化大，量化大，量化大，量化误误差差差差较较小 M M法法测测速速T T法法测测速速MM法法法法测测速原理速原理速原理速原理图图 T T法法法法测测速原理速原理速原理速原理图图 4　　SR速度速度检测 .4.1 4.1 基于基于单片机的片机的SRDSRD控制系控制系统.4.2 基于基于DSP的的SRD系系统硬件介硬件介绍1）控制器：）控制器：TMS320F28335核心核心--实现数字控数字控制制DSP 具具有有PWM发生生单元，可元，可产生生16路路PWM 信号信号; ;DSPDSPDSPDSP最小系最小系最小系最小系统还统还包括包括包括包括32K32K的的的的16 16 位快速位快速位快速位快速RAMRAM、、、、150MHz 150MHz 时钟电时钟电路、看路、看路、看路、看门门狗狗狗狗电电路、路、路、路、电压监测电压监测及复位及复位及复位及复位电电路、与路、与路、与路、与上位机上位机上位机上位机进进行通信的行通信的行通信的行通信的RS232 RS232 通信通信通信通信电电路路路路。

给给定速度通定速度通定速度通定速度通过过DSPDSP的的的的ADCADC模模模模块输块输入，入，入，入，实际实际速度由位置速度由位置速度由位置速度由位置传传感器来感器来感器来感器来检测检测、通、通、通、通过过捕捕捕捕获单获单元元元元输输入DSPDSP利用利用利用利用PIPI算法通算法通算法通算法通过过比比比比较单较单元和元和元和元和PWMPWM发发生生生生单单元元元元输输出出出出PWMPWM信号，信号，信号，信号，PWMPWM信号信号信号信号经经光光光光电电隔离隔离隔离隔离输输入到功率器件的入到功率器件的入到功率器件的入到功率器件的驱动电驱动电路，控制器件开、路，控制器件开、路，控制器件开、路，控制器件开、关，关，关，关，实现实现SRMSRM闭环调闭环调速4.3 控制策略控制策略控制策略框控制策略框图为简化起化起见，采用，采用PIDPID算法算法进行速度行速度闭环调节，，由于由于SRSR电机具有机具有较好的好的动态性能，性能，实际只需只需PIPI调节4.4 控制控制软件流程件流程.问题环节1、接受提问2、A）电机的转速与频率的关系 B）电磁转矩与哪几个因素有关3、如何降低电机转矩脉动,降低噪声;4、电流脉动与转矩的关系。

5、几种控制方式谢谢！！作者：蔡维伦：13660762715.。