開關磁阻電機
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- 發布時間：2014/9/5 10:35:05
- 作者：銀河電氣
開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor, SRM）是隨著現代電力電子技術、控制技術及數字計算機技術的發展而出現的一種新型無級調速電機，是典型的機電一體化產品。
《GB/T 2900.25-2008 電工術語 旋轉電機》對磁阻電機定義如下：
磁阻電機 Reluctance machine
一種同步電機，其中一個部件（通常為靜止部件）上裝有互相適當排列的電樞繞組和勵磁繞組或永久磁鐵，而另一個部件（通常為旋轉部件）上沒有繞組，只具有若干規則的凸起部分。
由于利用了磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態直接受開關控制，故稱為開關磁阻電動機。
一開關磁阻電機特征
“開關磁阻電機”一詞源于美國學者S.A.Nasar1969年撰寫的論文中，描述了開關磁阻電機的兩個基本特征：
1、 開關性---電機必須工作在連續的開關模式，這也是為什么繼各種新型功率半導體器件發展后開關磁阻電機才得以發展的主要原因。
2、 磁阻性---定、轉子具有可變磁阻回路。
二開關磁阻電機的結構及工作原理
開關磁阻電機的定子和轉子都是凸極結構，即雙凸極結構，轉子、定子極數不相等，轉子和定子鐵芯由導磁良好的硅鋼片壓制而成，轉子鐵芯無繞組，定子凸極上有集中繞組。與普通電機一樣，轉子、定子之間有很小的氣隙，轉子可以在定子內自由旋轉，開關磁阻電機根據轉子、定子極數不同可以有多種不同相數的結構，比如定子有6個極，轉子有4個極，6/4結構三相開關磁阻電機，如圖1所示。
圖1 6/4結構三相開關磁阻電機
圖中，定子徑向相對的兩繞組串聯成一相，比如AX相、BY相、CZ相，轉子徑向的凸極構成一組。由于定子極數與轉子極數不相等，所以定子極距和轉子的極距不相等，當任意相定子凸極中心線與轉子凸極中心線重合時，另外一組轉子凸極中性線與定子其他相凸極中性線錯開。
如圖2所示6/4結構開關磁阻電機運轉截面圖，當A相接通電源產生磁通，利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，此時由于A相繞組對應的定子凸極中性線與轉子凸極中性線不重合，磁阻不是最小，磁場就會產生拉力，牽引最近的轉子凸極轉到磁阻最小的位置，如圖2轉子逆時針轉動100、200，直到轉子凸極轉到300與A相繞組對應的定子凸極重合為止，此時磁阻最小。
圖2 開關磁阻電機工作原理示意圖
為了使轉子繼續轉動，在轉子凸極轉到300之前就斷開A相電源，在300時接通B相電源，此時，B相繞組產生磁通，牽引最近轉子凸極繼續逆時針轉動400、500，如圖3所示。
圖3 開關磁阻電機工作原理示意圖
在轉子轉到600之前就切斷B相電源，在600時接通C相電源，C相繞組產生磁通，牽引最近轉子凸極逆時針轉動700、800，如圖4所示。
圖4 開關磁阻電機工作原理示意圖
在轉子轉到900之前就切斷C相電源，在900時接通A相電源，回到圖2中所示的狀態，轉子就這樣不停的旋轉。
由工作原理可以看出，如果以圖2中00所示轉子相對于定子的位置為初始狀態，以A-B-C-A順序給相應的繞組通電，轉子則會逆時針轉動起來，若以B-A-C-B順序給繞組通電，轉子則會順時針旋轉起來，所以開關磁阻電機的轉向取決于相繞組的通電順序，與相繞組的通電方向無關。
開關磁阻電機通過開關晶體管向定子繞組供電，如圖5所示，BG1、BG2、BG3為三個開關晶體管，分別控制三相繞組的電流通斷，三極管旁邊的二極管起續流作用，由于相繞組電源切斷后產生的自感電流不會立即消失，二極管和三極管形成回路，使產生的自感電流在回路中以續流方式消耗。
圖5 功率變換器與三相繞組的連接示意圖
三開關磁阻電機的控制方式
開關磁阻電機的控制方式指電機運行時對一些參數進行控制，使電機達到理想的運行轉速、轉矩等，并使其保持較高的運行效率。開關磁阻電機控制方式主要是通過相繞組兩端電壓U、開通角θon和關斷角θoff三個可控參數進行控制。控制方式一般分為：
1、 角度控制方式：當施加于相繞組的電壓不變的情況下，調節開關器件的開通角θon和關斷角θoff的值，實現轉矩和轉速的控制。
2、 電流斬波控制方式：設定一電流上下限值，當檢測到相繞組電流達到該設定上限值時，關斷此繞組的開關器件，使電流下降；當相繞組電流降至該設定下限值時，導通此繞組開關器件，電流上升，反復通斷，使電流值在設定上下限值內波動，防止過電流和電流峰值現象，這樣，電機轉速在負載的擾動下變化時，電機轉矩不會自動改變。
3、 電壓PWM控制方式：保持開通角θon和關斷角θoff不變，通過調節電壓的
PWM占空比來調節相繞組電壓，以改變相繞組電流，達到調節轉矩和轉速的目的。
為了確保各相繞組電流的準確開通和關斷，電機還裝有轉子位置檢測裝置，使控制器通過對轉子的位置信號和控制參數，正確的決定各相繞組的通斷。
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