图1-3 三种逆变电路示意图

1.2.3 位置检测传感器

由磁阻式电动机的工作方式可知，为使其正常工作，必须在转子转到适当的位置时导通适当的相绕组，并在转动过程中始终正确切换各相绕组。若不能做到这一点，非但电动机不能按要求转动，还会发生停转、反转或乱转现象。为了在电动机运行过程中随时知道转子的瞬时位置，电动机必须装置角位移传感器，这是开关磁阻电动机与其他一般电动机的明显区别。这里要求角位移传感器具有输出信号较大、抗干扰能力强、位移精度高、温度范围宽、环境适应能力强、耐振动、寿命长和安装定位方便的特点。可适用的角位移传感器的种类很多，如霍尔传感器、光电式传感器、接近开关式传感器、谐振式传感器和高频耦合式传感器等。

1.2.4 控制器

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号及外部输入的命令，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，要求控制器具有以下性能：

（1） 电流斩波控制（CCC控制）； （2） 角度位置控制（APC控制）； （3） 起动、制动、停车及四象限运行； （4） 速度调节。

开关磁阻电机调速系统的整体工作过程如下：控制电路接受起动命令信号，在检测系统状态一切正常的情况下，根据角位移传感器提供的电动机转子位置信号，按起动逻辑给出相应的输出信号。该信号控制功率电路向电动机绕组供电，使电动机转子开始转动。当转子转过一定角度时，控制电路根据角位移传感器信号的变化通过功率变换电路使电动机通电相改变。当电动机转速达一定值时，控制电路从起动逻辑转换为低速运行逻辑，或再从低速运行逻辑转换为高速运行逻辑。运行中，控制电路测试电动机运行中

的转速或转矩等，并对其进行连续调节。当操作命令改变时，如停车、制动等，控制电路再次改变工作逻辑，通过功率变换电路使电动机实现操作要求。若运行中出现故障情况，如堵转、过载等，控制电路通过功率电路采取故障停车等保护措施，并通过显示电路报警。

由上述工作过程可以更深刻地体会到，开关磁阻电动机调速系统是由电动机、角位移传感器、功率变换电路和控制电路组成的机电系统一体，各部分密切结合，缺一不可。其中每一部分难以单独使用，但几部分组合起来便构成高性能的机电一体化产品。 1.3 系统的性能特点

1、电动机结构简单、坚固，制造工艺简单，成本低，转子仅由硅钢片叠压而成，可

工作于极高转速；定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。

2、损耗主要产生在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许有较高的温升。 3、转矩方向与相电流无关，从而可减少功率变换器的开关器件数，降低系统成本。 4、功率变换器不会出现直通故障，可靠性高。

5、动转矩大，低速性能好，无异步电动机在起动时所出现的冲击电流现象。 6、调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性。 7、在宽广的转速和功率范围内都具有高效率。 8、能四象限运行，具有较强的再生制动能力。

各种突出的优点，使SRD已成为交流电机驱动系统、直流电机驱动系统及无刷直流电机驱动系统的有力竞争者。由于SR电机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是SR电机存在的最主要的缺点。但是，近年来的研究表明，采用合适的设计、SRD的噪声完全可以做到高质量的PWM型异步电动机的噪声水平。下图为132号机座第二代Oulton SRD(曲线所示)与逆变器供电的异步电动机（黑点所示）的噪声情况。

图1-3

第２章 SRM

2.1 SRM的结构和分类

开关磁阻电动机有许多不同的结构形式，各有其不同的性能特点。如上所述，该电机的定、转子铁心均由硅钢片叠成。定、转子冲片上均有齿槽，构成双凸极结构。依定、转子片上齿槽的多少，形成不同极数的电机。为避免单边磁拉力，径向必须对称，故定、转子极数应为偶数。除单相外，应使定子极（齿槽）数ZS 与转子极（齿槽）数ZR不相等，但为提高电机出力，要尽量接近。 对内转子电机，最常用的关系为

ZS=ZR+2 （2-1）

对外转子电机，最常用的关系为

ZS=ZR-2 （2-2）

每个定子极上套一个集中绕组。同样为避免单边磁拉力，圆周上相对的两个极上的线圈应属于同一相绕组。若每相绕组由P个极上的线圈相互串联（或并联）构成，则电动机的相数为

M=ZS/P （内转子） （2-3） M=ZR/P （外转子）

通常P取2，即每相绕组由圆周相对两个极上的线圈构成。P取4的也较常用。选择电动机的极数及相数与电机性能和经济性密切相关，一般地说，极数和相数增多，电动机转矩脉动减小，运行平稳，但增加了电动机的复杂性，特别是功率电路的成本提高。 1、单相开关磁阻电动机

开发比较成功的一种单相开关磁阻电机结构采用外转子结构，而内定子的绕组为一环形线圈，它设在六个磁极槽内，通电后将形成轴向和径向组合的磁路。当转子齿极接近定子极时接通电源，转子转过一定角度后断开，避免产生制动转矩。转子可以靠惯性旋转，当转子齿极接近下一个定子齿极时再通电。如此循环工作，实现电能到机械能的转换。

2、两相开关磁阻电动机

这种两相结构电机要可靠自起动，转子结构可采用不对称设计。因为此电机ZR=2，齿距角θr=180o，如果转子是对称结构，则定子齿极轴线与转子轴线重合位置，θm=90o，相绕组有最大电感。两相电机具有许多明显的优势，结构简单，电机和控制器成本低，连接线少，槽空间大，为减少绕组铜耗提供了便利。大的铁心截面使定子具有良好

的机械强度，这使降低电机噪声十分重要。由于相对较低的换流频率也减低了铁心损耗。此外，不对齐位置的大气隙亦提高了电感比值。因此，如果不要求同时具备正、反转向，应首先考虑采用自启动能力的两相电机。 3、三相6/4极开关磁阻电机

该电机转子极距角θr为90o。由于有三相绕组，故每相通电断电一次转子对应的转角βp（称步距角）应为30o，每转步数Np为12。对任意极数相等的开关磁阻电机，这一关系通常表示为

θr=360o/Zr (2-4)

αp=θr/m=360o/mZr (2-5) Np=360o/αP=mZr (2-6)

由于电动机每转过转角，，对应绕组通断切换一次；电动机每转过一转则绕组通断切NP

次。当电动机以转速N（r/min）转动时，电动机绕组的总通断切换频率为

f=nmZR (2-7)

每相绕组通断切换频率为 fφ=nZR/60 (2-8)

也对应功率电路每个功率器件的开关功率。由于三相6/4极电机是可双向起动，最少相数，最少极数的电机，故经济性较好，但转矩脉动较大。由于同样转速时要求功率电路开关频率较低，因此特别适合用作高速电机。 4、四相8/6极电动机

四相电机也是得到广泛研究和应用的开关磁阻电机。与三相电机相比，四相电机的启动性能要好得多，转矩波动也小，但电机和控制器的成本都有所增加。上述所示的四相8/6极电机是英国OULTON产品和国内绝大部分产品采用的技术方案。其极数相数适中，转矩脉动不大，特别是起动较平稳，经济性也较好。按式计算的转子极距角为θr=60o，步距角αp=15o，每转步数为NP=24。 5、三相12/8极电动机

其相数虽采用了可双向自起动的最小值，但由于齿数较三相6/4极增加了一倍，使之步距角和每转步数均与四相8/6极电机相同，为αp=15o，NP=24o。本方案的另一个优点是每相由定子上相距90o的四个极上的线圈构成，因此产生的转矩在圆周上分布均匀，由磁路和电路不平衡造成的单边磁拉力小，电动机产生的噪声也较小。

2.2 开关磁阻电机的数学模型

由于双凸极SR电动机磁路的严重非线性，加上运行的开关性和受控性，使电动机内部的电磁关系十分复杂，难以建立与常规电动机那样规范的数学模型。

2.2.1 SR电动机的基本方程式