【主管Q:2347660】2号站代理工资开关磁阻电机调速控制技术研究曹礼松（中国兵器工业第214研究所蚌埠233042）理和运行特征，通过理论计算和试验数据结合比较，给出了电机调速控制理论和控制方法。

1引百和交流变频调速电机等传统调速系统之后出现的一种新型调速系统，其电机的结构比交流电机的结构还要简单，调速性能又优于直流调速系统，并且电机的转矩惯量比大，能频繁正反转、启动和制动，在负载转速大范围变化时具有很高的效率，是国外八十年代推出的一种性能价格比较高、具有典型机电一体化结构的无级调速系统。自80年代以来，开关磁阻电机（以下简称SR电机或SRM）受到各国学者和企业界的广泛关注。近20年来，随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，开关磁阻电机的发展取得明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械等各个领域。

2开关磁阻电机的基本结构及工作原理SR电机的定子、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成，呈双凸极结构，其定子、转子极数不相等，如所示，定子装有简单集中绕组，径向相对的两个绕组串联成为“一相”；转子上既无绕组也无永体，更没有换向器、集流环等。SR电机的结构是相当的简单。SR电机绕组为正向串接式，在正向串接方，SR电机又有单绕组和主、副绕组之分，双绕组应用于低电压电源供电的场合，单绕组适合于较高电压的电源供电的场合。SR电机可以设计成多种不同相数结构，且定子、转子的极数有多种不同的搭配。相数多，步距角小，有利于减小转矩脉动，但电机的结构和功率变换器都会变得很复杂，而低于三相的SR电机没有开关磁阻电机基本结构自起动能力。

是常见的四相SR电机一相绕组的功率变换示意图，该电机的定子和转子都呈凸极状。定子有8个齿极（即Ns=8），每个齿极上都有线圈绕组，直径方向上对应的两个齿极线圈串接成一相绕组，定子共有4相绕组。转子沿圆周有6个均匀分布的齿极（即Nr=6），齿极上无绕组。定子、转子之间有很小的间隙。S1和S2是功率电子开关，VD1和VD2是续流二极管，Us是直流电源。

转子带有位置检测器以提供转子位置信号，定子绕组按一定的顺序通断，使转子能够连续运行。电机磁阻随着转子凸极和定子凸极的夹角的改变而变化。电感与磁阻成反比，当定子磁极和转子磁极的中心线重合时，相绕组的电感最大，当转子磁极的中心线与相邻两定子的对称线重合时，相绕组的电感最小，以此时转子与定子的夹角e为，理想电感变化曲线如。当一相绕组接通时，在电机内所激励的磁通将由激励相定子极通过气隙进人转子极，再经过转子极和定子共扼形成闭合回路，根据转矩是由磁路具有选择最小磁阻的趋势而产生的原理，转子将旋转直至与定子极完全重合成一直线并使得激磁的电感最大时为止，以同样的方式给定子下一相激励，则转子的转动与上述过程相似。当定子各相绕组按规定的顺序轮流通断时，在转子上将产生一连串的脉动磁组转矩，使转子旋转。

理想电感变化曲线3开关磁阻电机调速控制系统的组成开关磁阻电机调速控制系统（SRD）主要由开关磁阻电机（SRM或SR电机）、功率变换器、控制器和检测器四部分组成。2号站代理1970

3.1开关磁阻电机SR电机是SRD中实现机电能量转换的部件，它的结构和工作原理与传统的交直流电机有着很大的差别，采用的SR电机结构为8/6，即定子上有8个齿极，转子上有6个齿极，SR电机可以设计成单相、两相、三相、四相及多相等不同相数结构，且有每极单齿结构和每极多齿结构，轴向气隙、径向气隙和轴向一径向混合气隙结构，内转子和外转子结构。低于三相的SR电机一般没有自起动能力。相数多，有利于减小转矩波动，但导致结构复杂、主开关器件多、成本增高。目前应用较多的是三相6/4极结构和四相8/6极结构。

3.2功率变换器功率变换器是SR电机运行时所需能量的供给者，开关磁阻电机必须在功率变换器和控制电路的紧密配合之下才能转动，功率变换器是联接电机和控制的中间环节，是该系统很重要的组成部分。通过功率变换器电源的能量按一定的规律施加在电机上，使之运动，同时电机的运动也能通过变换器把电机中的磁场储能回馈给电源。

3.3控制器和位置检测器控制器综合处理位置检测器、电流检测器提供的电机转子位置。速度和电流等反馈信息及外部输人的指令，实现对SR电机运行状态的控制，是SRD的指挥中枢。控制器一般由单片机及外围接口电路等组成。在SRD中，要求控制器具有下述性能：起动、制动、停车及四象限运行。

位置传感器向控制器提供转子位置及速度等信号，使控制器能正确地决定绕组的导通和关断时刻。通常采用光电器件、霍耳元件或电磁线圈法进行位置检测，采用无位置传感器的位置检测方法是SRD的发展方向，对降低系统成本、提篼系统可靠性有重要的意义。

4开关磁阻电机调速控制系统SR电机的工作原理和结构都比较简单，但其双凸极的结构特点，磁路和电路的非线性、开关性，使得电机的各个物理量随转子位置作周期性变化，绕组电流和磁通波形极不规则，传统电机的性能分析方法难以简单地用于SR电机计算。不过，SR电机内部的电磁过程仍然建立在电磁感应定律、全电流定律、能量守恒定律等基本的电磁关系上，并可由此写出SR电机的基本平衡方程式。

4.1开关磁阻电机的调速控制原理SR电机的转矩是磁阻性质，其运行原理遵循所示，具体过程如下：当A相绕组电流控制开关SI、S2闭合时，A相励磁，所产生的磁场力图使转子旋转到转子极轴线1 -r与定子极轴线AW的重合位置，从而产生磁阻性质的电磁转矩。顺序给A-B-C-D相绕组通电（B、C、D各相绕组在图中未画出），则转子便按逆时针方向连续转动起来；反之，依次给B-A-D-C相统组通电，则转子会沿顺时针方向转动。在多相电机实际运行中，也常出现两相或两相以上绕组同时导通的情况。当m相定子绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。2号站代理开户

设每相绕组开关频率（主开关管开关频率）为f，转子极数为Nr则SR电机的同步转速（r/min）可表示为由于是磁阻性质的电磁转矩，SR电机的转向与相绕组的电流方向无关，仅取决于相绕组通电的顺序，这能够充分简化功率变换器电路。当主开关SI、S2接通时，A相绕组从直流电源Us吸收电能，而当S1、S2断开时，绕组电流通过续流二极管VD1、VD2，将剩余能量回馈给电源Us因此，SR电机具有能量回馈的特点，系统效率高。

磁路饱和非线性是SR电机的一个重要特征，因此电磁转矩必须根据磁储能或磁共能来计算，即W’――磁共能；i―-相绕组电流。

可见，磁共能wf（e，i）的变化取决于转子位移角和绕组电流的瞬时值。由于磁路非线性的存在，式（2）的求解是比较复杂的，难以推导表述为解析形式。在对SR电机性能作定性分析时，若忽略磁路的非线性，则式（2）可简化为为理想线性假设下相电感随转子位移角的变化曲线，电机每旋转一圈，相电感变化的周期数等于转子的极对数，周期长度等于转子极距。

由式（3）可知，恒定相绕组电流下，对应的转矩变化如所示。；04为定子励磁极与转子磁极临界综上所述，SR电机的基本平衡方程组可以写为K=1，2，i4.3开关磁阻电机的线性模型在线性模型中作如下假设；（1）忽略磁通边缘效应和磁路非线性，且磁导率p=ac，因此绕组电感L是转子位置的分段线性函数。

脱离完全重叠的位置；05为定子励磁极后极边与转子极后极边临界相离的位置，故绕组电感与转子位移角的关系可用函数表示为-e2）=‘）/p.一定子磁极极弧4.3.2绕组磁链如所示，当SR电机由恒定直流电源供电时，并考虑到假设式（4-2），一相电路的电压方程可写为忽略所有功率损耗。

功率管开关动作瞬时完成。

电机恒速运转。i4.3.1绕组电感在上述假设条件下的电机模型为理想线性模型，绕组电感与转子位移角的关系如所示。其中，0u为不对齐位置或最小电感位置；02为临界重叠位置；ehi为半重叠位置；0a为对齐位置或最大电感位置；03为定子励磁极刚好与转子磁极对应于绕组关断后续流期间。设主开关管VI、V2导通瞬间（t=0时）为电路的初始状态，此时中。=、0.=0；当e =eff时，主开关管V1、V2关断，绕组进人续流期间。由初始条件及式（4- 12），不难求解式（4-13）。因此，一相绕组在导通、续流的一个变化周期内，磁链可以表示为定、转子相对位置展开图及不饱和时相绕组电感曲线令0=015-00’，称为导通角。上述表明，在VI、V2导通期间，磁链随转子位移角增加而线性增加；在VI、V2关断续流期间，磁链随转子位移角增加而线性下降，最大磁链中max出现在时刻eff.角度位置控制时，磁链波形为等腰三角波，中max=（Us/wr）（6n-0off）；电流斩波控制时，磁链波形为梯形锯齿波，如所示。磁链正比于绕组端电在Us，反比于转子角速度wr.（a）角度位里控制（b）电流斩波控制―相绕主磁链波形SR电机的电磁转矩并非恒定转矩，而是绕组电流和转子位移角的函数。当转子处于对齐位置和不对齐位置时，由于磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。如果保持绕组中的电流值不变，将不同转子位置的静态转矩连成曲线则形成SR电机的静态矩角特性。

SR电机静态转矩的计算，可通过磁场储能或磁共能对转子位移角的偏导数求取。忽略相间耦合，电磁转矩可写为式（4在理想线性模型假设下，可写出电磁转矩的解析表达式（4-17），即sr电机在转速恒定的稳态运行情况下，定子q相绕组轮流通电一次时，转子转动一子极矩。IT= -19）的解析表达式。

准线性模型是将实际的非线性磁化曲线分段线性化，近似地考虑了磁路的饱和效应、边缘效应，从而既克服了线性模型只能用于定性分析的缺陷，又能使问题解析if售：，具有一定精度。因此准线性模型较多地应用于分析和设计功率变换器和制定控制策略。为SR电机的准线性模型。