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开关磁阻电机

一、开关磁阻电机发展简介

开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的

猛烈发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行

可靠及效率高等突出优点，成为直流电机调速系统、交流电机调速系

统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者，引起各国学者和企业界

的广泛关注，目前开关磁阻电机已开始应用于工业、航空业和家用电

器等各个领域。

图1--1开关磁阻电动机调速系统构成

开关磁阻电机的基本概念可追溯到19世纪40年代，1842年，

英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电

的机车电动机。20世纪60年代，大功率晶闸管的出现为SR电机的

研究发展提供了重要的物质条件。1967年，英国的Leeds大学开始对

SR电机进行深入研究；直到1970年左右，研究结果表明：SR电机

可以在单相电流下四象限运行，功率变换器无论是用晶体管还是用普

通晶闸管，所需开关数都是最少的；电动机成本也明显低于同容量的

感应电动机。20年代70年代初，美国福特公司研制出最早开关磁阻

电机的调速系统，其结构为轴向气隙电动机，具有电动机和发电机运

行状态和较宽范围调速的能力，适合于蓄电池供电的电动车辆的转

动。1980年Leeds大学的Lawrenson教授及其同事总结出了自己的研

究成果，发表了题为“Variable--SpeedSwitchedReluctanceMotors”

的论文，系统阐述了开关磁阻电机的基本原理与设计特点，并得出了

新型磁阻电机的单位出力可以与交流感应电机相媲美甚至还略占优

势的结论。1983年英国TASC公司推出了Oulton系列通用SRD调速

产品，问世不久便受到了各国电气传动界的广泛重视。从1984年开

始，我国许多单位先后开展了SRD研究，在借鉴国外经验的基础上，

我国SR电机的研究发展很快。2000年，国内100KW以上的SR电

机已应用于煤矿的采煤机，目前已将180KW的SR电机应用于地铁

机车的牵引，应形成一些SRD系列商品，最大功率达几十到上百千

瓦。

二、原理及优越性简介

图1--1开关磁阻电机动作原理图

开关磁阻电机的运行遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿磁阻

最小的路径闭合。利用磁阻的不等，磁通总向磁阻小的路线集中，通

电的定子以磁力吸引铁磁性的转子，使磁力产生切向分力，即产生对

转子的转矩。定子的通电循序是根据转子位置传感器检测到的转子位

置相对应的最有利于对转子产生向前转动转矩的那一相定子通电，转

过一定角度后又由下一个最有利于转子产生转矩的一相通电。不断变

换通电的定子绕组相序，使转子连续朝一个方向转动。磁阻电机不同

于步进电机，磁阻电机是有位置反馈的，是一种自同步电机，其转速

是由电机的驱动力矩和负载的阻力矩共同决定的。

开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围

10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使的开关磁阻电机存在许多

潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电

动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领

域）。

（1）其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。

（2）电机转子无永磁体，允许较高的温升。由于绕组均在定子上，

电机容易冷却。效率高，损耗小。

（3）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功

率开关，功率电路简单可靠。

（4）转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。

（5）转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。

（6）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。

（7）并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。

（8）且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。

（9）电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高

的经济性和可靠性。

（10）可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。

三、开关磁阻电机的应用

近年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功

地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，

功率范围从10W到5MW，最大速度高达100000r/min。

开关磁阻电机电动车应用

开关磁阻