表1-1 TASC公司的SRD系列产品性能 SRD 负载 电动机转速 整个系统D112的总效率4.0KW （%） D1327.5KW D16015KW D18022KW 功率因数D132(%) 7.5KW D16015KW D18022KW 除英国外，美国、加拿大、前南斯拉夫、埃及、土耳其等许多国家也都在积极开展SR电机的研究工作。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD起动/发电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格，取得了良好的应用效果。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论、电磁场分析等方面做了大量的研究工作。埃及则对小功率的单相、两相开关磁阻电机的结构、起动性能等方面进行了许多研究。一些学者还研究了新型结构的SR电机，如盘式SR电机、外转子式SR电机、直线式SR电机和无位置传感器的SR电机等。传统观念中的磁阻式同步电机的效率和单位体积出力均低于异步电动机，理论研究和实际应用表明，由于SR电机采用了独特的结构和相应的控制策略，其单位体积出力完全可以与异步电动机相媲美，甚至还略占优势，更可贵的是在整个调速范围内系统效率都可维持在较高的水平。1989年，教授Harris将SR电机与异步电动机做了详细的比较，结论表明，SR电机在效率、单位体积出力均是优胜者。

型86 79 75 78 73 型83 79 76 77 74 型82 77 75 77 74 型91 88 74 89 87 型87 85 68 87 84 型85 83 57 84 82 100% 100% 50% 25% 100% 50% 50% 1500r/min 750r/min 375r/min 1500r/min 750r/min 型82 从1984年开始，我国许多单位先后开展了SR电机的研究工作，如北京纺织机械研究所（即中国纺织总会纺织机电研究所）、华中科技大学、南京航空航天大学、东南大学、福州大学、华南理工大学及浙江大学等，且SR电机被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验的基础上，我国SR电机的研究进展很快，对SR电机的控制、仿真、设计理论和电磁场数值分析等都做了许多工作，在国际、国内刊物和会议上发表了许多篇论文。1988年11月在南京航空航天大学召开了首届SRD研讨会。1991年9月，在华南理工大学召开了第二届SRD研讨会。参加人员来自全国高校、研究所和工厂等25家单位，大会上成果交流表明，我国SRD的理论研究和应用已经取得了较大的进展，参加研制的单位有了显著的增加。1993年12月北京开关磁阻电机调速系统工业应用研讨会上，在中国电工技术学会中小型电机专业委员会领导下，正式成立了开关磁阻电机学组。10多年来，我国已研制了50W～30KW、20多个规格的工业成品样机，在纺织机械、毛巾印花机、泽尔浆纱机、多功能蒸煮联合机以及轻型龙门刨床和食品加工机械等方面的应用中取得了良好的效果。但应该看到，目前我国SR电机的理论研究和实际应用都存在较大的不足和差距。

近20年来，SR电机的研究在国内外取得了很大的发展，但作为一种新型调速驱动系统，研究的历史还较短，其技术涉及到电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科领域，加之其复杂的非线形特性，导致研究的困难性，在电机理论、性能分析和设计等方面都还不够成熟、完善，存在大量的工作要做，如铁心损耗、转矩波动和噪声的理论研究，SR电机磁场的三维有限元分析，电机设计优化及控制参数的优化，SR电机的测试，无位置传感器的SR电机，新结构SR电机的开发等。在应用方面，SR电机作为一种新型调速系统，兼有直流调速和交流调速的优点，无疑有广阔的市场前景。但是PWM异步电动机和无刷直流电动机等经过了多年的开发推广，目前以领先一步，有了极广泛的应用，SR电机要进入调速市场并占据较大的份额，尚需花大力气宣传和开发它的工业应用。目前SRD LTD已研制了几十瓦到几十千瓦的SR电机，并成功地用于车辆牵引、风机、泵及卷扬机等工业生产领域。美国还将SR电机用作飞机发动机的起动发电装置。就我国国情来说，要使SR电机被人们普遍采用还需要广大的科研人员和研制单位做大量的推广工作。一方面要加强通用功率等级的应用，同时可从0.75KW以下的小功率应用和各种特殊用途领域进入市场。在100～700W范围，SR电机单位体积输出功率高出异步电动机或直流换向器电动机的2～4倍，应充分利用国产功率半导体器件价格低、电机结构简单、成本低和在宽广的速度范围内实现高效率运行的优势。开发具有广泛用户的家用电器市场。SR电机全面进入市场是必然的，只是时间问题。

1.2 开关磁阻电机调速系统的组成和工作原理

开关磁阻电机调速系统，从功能上来看，由开关磁阻电机、转子位移传感器、功率变换器和控制器四部分组成。如图所示： 给定速度 图1-1 SRD基本构成

1.2.1 开关磁阻电机（SRM）

SR电机是SRD的执行元件，图示为四相8/6极开关磁阻电机的电机结构原理图，电机为了增加出力设计成定、转子双凸极结构。转子仅由硅钢片叠压而成，既无绕组也无永磁体；定子各极上有集中绕组，径向相对极的绕组串联，构成一相。其工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁阻总是要沿磁阻最小的路径闭合，因此磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。

位置检控制器 功率变换器 电流检SR电负载

图1-2

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---径向混合结构，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、成本增多。目前应用较多的是三相6/4极结构和四相8/6极结构。下表为常见的SR电机定、转子极数组合方案。

表1-2

相数 1 2 4 6 3 6 4 4 6 8 5 10 8 6 12 10 定子极数 2 转子极数 2 当A相绕组单独通电时，在电动机内建立以为轴线的磁场，该磁场作用于转子，将产生使邻近的转子极与之相重合的电磁转矩，并使转子转动。若在上述两者重合时B相绕组通电，则由于定子极距为60o，而转子极距为90o，由此产生的转矩将使转子逆时针动30o。同理，再改为C相通电时，转子继续逆时针转动30o。由此可知，若三相绕组轮流通电，即A---B---C——A?，则转子连续逆时针转动。若改变通电相序为A——C——B——A?，则可使转子顺时针转动。若改变相电流的大小，则可改变电动机转矩的大小，进而可以改变电动机转速。若在转子极转离定子极时通电，所产生的电磁转矩与转子旋转方向相反，为制动转矩。由此可知，通过简单地改变控制方式便可改变电动机的转向、转矩、转速和工作用。

1.2.2 功率变换器

功率变换器是SR电机运行时所需能量的提供者。当采用交流电源供电时，功率电路包括整流电路和逆变电路；当采用直流电源供电时，功率电路仅包括逆变电路。如图所示。整流电路的作用是将交流电源转换为直流电源，电路比较简单，为二极管组成的三相桥式电路、三相零式电路或单相桥式电路等。整流后的直流环节采用电解电容滤波。下图给出三种常用的逆变电路，即双电源电路、双开关电路和双绕组电路。图中只给出一相绕组电路，当开关元件S闭合时，电路将电源能量提供给电动机，电流通入绕组。当开关元件断开时，绕组电流通过二极管续流，将绕组磁储能回馈给电源。其中双绕组依靠与主绕组紧耦合的辅助绕组续流。在续流过程中，绕组承受反向电源电压，使电流迅速衰减。

交流电源

直流电源

整流电路 逆变电路 电动机 逆变电路 电动机