開關磁阻電機的分析與研究

王愛花，謝海良

（漯河職業技術學院，河南漯河 462000）

開關磁阻電機系統（Switched Reluctance Motor Drives，SRD）同時具有交流變頻調速和直流調速系統的優點，經濟指標和運行性能都明顯優于以上兩種調速系統，廣泛應用于家用電器、航空航天、電子、機械及電動車輛等領域。作為SRD核心的開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor，SRM）是一種具有廣闊應用前景的電機，它啟動電流低，調速范圍寬，結構簡單且堅固，具有較高的系統可靠性。

1 SRD的結構

SRD 主要由5部分組成，分別是SRM、電流檢測器、位置檢測器、功率變換器、控制器，如圖1所示。

圖1 開關磁阻電動機系統框圖

SRM 是SRD 的執行部件和動力輸出機構，它負責完成控制者下達的控制指令，最終將系統的電能轉換為機械能輸出，是SRD 中機電能量轉換的部件，也是整個系統的核心部件之一。

功率變換器把蓄電池的直流電能以合適的方式轉換后提供給SRM。因為SRM 繞組的電流是單向的，所以功率變換器不僅結構簡單，而且相繞組與主開關器件采用的是簡單的串聯連接方式，避免了直接短路故障現象。功率變換器主電路的結構形式由供電電壓、電動機相數以及主開關器件的種類所決定，它是SRD 能量傳輸的通道，直接用來驅動SRM，因此功率變換器是影響SRD 性價比的主要因素之一。

SRD 系統通過控制器對SRM 運行狀態進行控制。控制器對電流和位置檢測器的反饋信息，速度指令和速度反饋信號進行綜合處理后，控制功率變換器中主開關器件的通斷，實現對SRM 運行狀態的控制。因為SRM 的運行狀態取決于控制器，所以控制器的優劣將會直接影響到其運行性能。

位置檢測器用來檢測轉子位置以及提供速度信號。電流檢測器用來檢測系統的電流信號并提供電流信息來完成電流斬波控制或采取相應的保護措施以防止出現過電流現象。

2 SRM的結構

SRM 的結構和工作原理與傳統的交直流電機有很大的區別，如圖2所示為三相6/4極SRM 的模型，定轉子都由硅鋼片疊壓成凸極結構，定子為集中繞組，轉子無繞組。

圖2 三相6/4極SRM模型

根據定、轉子齒數的不同可以有各種結構，表1列出了SRM 幾種常見的定、轉子極數組合方案。增加相數可以減小轉矩脈動和降低電磁噪聲，但其控制、結構也隨之變得復雜，成本有所增加，目前三相6/4極和四相8/6極結構的SRM 技術較為成熟，應用較多。

表1 SRM常見的定、轉子極數組合方案

3 SRM的工作原理

如圖3所示為四相（8/6）極SRM 結構原理圖，為便于分析，圖中只畫出A相的繞組及其電路。SRM 的運行遵循磁通沿磁阻最小路徑閉合的原理，凸極轉子在轉動到最小磁阻位置時，其主軸線與磁場的軸線重合。當定子A—A＇極勵磁時，a—a＇向著與A—A＇軸線重合的位置轉動，A相勵磁繞組的電感達到最大。若把此時圖3中定、轉子位置作為起始位置，按照D—A—B—C的次序給相繞組通電，轉子即逆時針轉動；反之，若按照B—A—D—C的次序給相繞組通電，轉子即順時針轉動。由此可見，相繞組通電的順序決定了SRM 的轉向，電流方向與SRM 轉向無關。

圖3 四相8/6極SRM結構原理圖

4 SRM的主要參數

SRM 每一轉繞組通斷次數NP為：

當SRM 以轉速n（r/min）轉動時，其總的切換頻率為：

則SRM 的同步轉速為：

式中：fph為每相繞組開關頻率，Zr為轉子極數，m為電機相數。

由此可見，SRM 的轉速取決于電流的切換頻率，或者說取決于每相繞組的開關頻率。

5 結語

通過對SRM 的結構、系統、工作原理以及主要參數的必要分析研究，對SRM 所具有的低啟動電流、寬調速范圍、高可靠性等優點有了更深的了解，為SRM 的設計、改進和推廣應用奠定了堅實基礎。