开关磁阻电机的发展前景
开关磁阻电机是20世纪80年代初随着电力电子、微机和控制技术的迅速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。它具有结构简单、运行可靠、效率高的突出特点，成为交流电机调速系统、DC电机调速系统、DC无刷电机调速系统的有力竞争者，受到了世界各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司艾默生电气公司也将开关磁阻电机作为其调速驱动系统下世纪新的技术经济增长点。目前，开关磁阻电机已经广泛应用于工业、航空、家用电器等领域。
1970年，英国利兹大学步进电机研究组首创了开关磁阻电机(SRM)样机，这是对SRM最早的研究。在1972中，进一步研究了采用半导体开关的小功率电机(10W ~ 1KW)。1975取得实质性进展，已开发为50kw电瓶车提供器件。1980开关磁阻电机驱动有限公司(SRD有限公司)在英国成立，专业从事SRD系统的研究、开发和设计。1983年，英国(SRD有限公司)首次推出SRD系列产品，命名为欧尔顿。1984 TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。此外，SRD有限公司还开发了适用于有轨电车的驱动系统，该系统已通过1986运行了500km。这款产品的出现在电驱动领域引起了不小的反响。在许多性能指标上达到了意想不到的高水平，整个系统的综合性能和价格指标达到或超过了长期以来工业上广泛使用的一些变速传动系统。
根据20世纪90年代国际会议上有关SRD系统的文章，对SRD系统的研究已经从论证其优势和开发应用阶段进入设计理论和优化设计阶段。深入研究了SR电机、控制器和功率变换器的工作原理、优化设计和结构形式。
二、原理介绍和优点介绍
开关磁阻电机驱动系统(SRD)是一个复杂的机电一体化设备。需要在线实时检测的反馈变量一般是转子位置、转速和电流，然后根据控制目标给出控制指令，实现运行控制和保护的功能。转子位置检测是SRD的重要组成部分，检测到的转子位置信号是各相主开关器件正确逻辑切换的基础，也为速度控制提供速度反馈信号。
开关磁阻电机具有再生能力和较高的系统效率。开关磁阻电机的理论研究和实践证明，该系统具有许多显著的优点:
(1)电机结构简单牢固，制造工艺简单，成本低，能以极高的速度工作；定子线圈易于嵌入，端部短而牢固，工作可靠。可适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。
(2)损耗主要发生在定子，所以电机容易冷却；转子没有永磁体，这允许更高的温升。
(3)转矩方向与电流方向无关，从而最大限度地简化了功率变换器，降低了系统成本。
(4)功率变换器不会有直通故障，可靠性高。
(5)起动转矩大，低速性能好，感应电机起动时无涌流现象。
(6)调速范围宽，控制灵活，容易实现各种特殊要求的转矩转速特性。
(7)在较宽的转速和功率范围内具有较高的效率。
(8)可四象限运行，再生制动能力强。
(9)容错能力强。开关磁阻电机的容错性体现在电机一相损坏，电机仍能运行。
与目前广泛使用的变频调速感应电机相比，开关磁阻电机在成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热等方面具有明显的优势或竞争力。
如果说第一代开关磁阻电机(1983开发)在小功率范围内效率低于高效变频调速感应电机，那么第二代开关磁阻电机(1988开发)的效率已经完全超过高效变频调速感应电机。更难得的是，开关磁阻电机能在很宽的转速和功率范围内保持高效率，这是变频调速感应电机无法比拟的。感应电机需要复杂的矢量控制系统来实现类似DC电机的调速特性，而开关磁阻电机可以通过调节开度角、关度角、电压和电流来获得不同负载要求的机械特性。控制简单灵活，可轻松实现软启动和四象限运行。而且因为是纯逻辑控制方式，所以很容易智能化，可以通过修改软件来调整电机的工作特性，满足不同的应用需求。
由于开关磁阻电机固有的转矩波动，可能导致很大的噪声和振动。其实这种情况往往与电机的设计和控制不合理有关。通过优化电机设计和控制策略，可以有效抑制转矩波动和噪声。正确认识这一点对开关磁阻电机的发展和应用非常重要。SRD有限公司开发的伺服用开关磁阻电机的转矩波动仅为0.05%。近年来，最优励磁控制策略、二次换相控制策略、电机噪声源、定子振动模态、定子固有频率计算等方面的研究成果对降低电机噪声有积极的作用。随着设计和制造水平的提高，噪声会进一步降低。
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显著进展，已成功应用于电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械等多个领域。功率范围从10W到5MW，最高转速高达10000 r/min。
3.1电动汽车应用
开关磁阻电机的最初应用领域是电动汽车。目前，电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷和永磁有刷两种。然而，开关磁阻电机有其独特的优势。当高能量密度和系统效率成为关键指标时，开关磁阻电机成为首选。
SRD开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑、坚固，适合高速运行，驱动电路简单、成本低、性能可靠，在较宽的速度范围内效率高，易于实现四象限控制。这些特点使得SRD开关磁阻电机驱动系统非常适合电动汽车的各种工况，是电动汽车中很有前途的车型。SRD最大的特点是转矩脉动大，噪音大；另外，与永磁电机相比，功率密度和效率较低；另一个缺点是位置传感器的使用，这增加了结构的复杂性并降低了可靠性。因此，无传感器SRD也是未来的发展趋势之一。其优势主要表现在以下几个方面:
(1)开关磁阻电机不仅效率高，而且能在较宽的功率和转速范围内保持高效率，这是其他类型的驱动系统难以达到的。这一特性特别适合电动车的运行，有利于提高电动车续驶里程。
(2)开关磁阻电机通过采用合适的控制策略和系统设计，可以轻松满足电动汽车四象限运行的要求，在高速运行区域也能保持较强的制动能力。
(3)开关磁阻电机具有良好的散热特性，因此可以用较小的体积获得较大的输出功率，减小电机的体积和重量。
(4)通过调节开通角和关断角，开关磁阻电机完全可以实现其DC电机驱动系统的良好控制特性，而且是纯逻辑控制方式，易于智能化，从而可以通过重新编程或更换电路元件，轻松满足不同运行特性的要求。
(5)开关磁阻电机，无论是电机还是功率变换器，都非常坚固可靠，几乎不需要或不需要维护，适用于各种恶劣高温环境，适应性好。
3.2纺织行业的应用
近十年来，我国纺织机械行业机电一体化水平显著提高，机电一体化技术在新型纺织机械中得到广泛应用。该技术的内容包括先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心的控制系统，PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等；先进的驱动技术，包括变频调速、交流伺服、步进电机等。检测和传感技术及执行器；精密机械技术等。棉纺织设备的典型机电一体化产品，如新型粗纱机、分条整经机、浆纱机等。其中，
无梭织机主传动技术也有了新的突破:采用开关磁阻电机作为无梭织机主传动带来了诸多优势，如减少传动齿轮，不使用皮带和皮带轮，不使用电磁离合器和制动盘，不使用寻纬电机，节能65，438+00%等。国内有开关磁阻电机和驱动器的产品(北京中纺机电研究所)，我们还在和无梭织机主机厂合作，* * *。
3.3焦炭的工业应用
开关磁阻电机(SRD)因其启动转矩大、启动电流小，可在重载下频繁启动，且节能、维护简单，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机和中小型绞车。
20世纪90年代，英国研制成功300kW开关磁阻电机，并应用于刮板输送机，取得了良好的效果。我国已成功研制出用于矸石山绞车的110kW开关磁阻电动机和用于带式输送机拖动的132kW开关磁阻电动机，其良好的起动和调速性能受到了工作者的欢迎。我国电牵引采煤机也采用了开关磁阻电机，运行试验表明新型采煤机性能良好。此外，开关磁阻电机成功应用于电力机车，提高了电力机车运行的可靠性和效率。
3.4家电行业应用
随着人们生活水平的提高，洗衣机逐渐深入千家万户，洗衣机也经历了手动机械洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机的发展过程，不断智能化。洗衣机电机也从简单的有级调速电机发展到无级调速电机。开关磁阻电机以其低成本、高性能、智能化的特点，一直应用于洗衣机，并在美国高端洗衣机上小批量使用，取得了明显的优势:
(1)非常低的洗涤速度。
(2)做好服装配送。
(3)滚筒具有良好的平衡性。
(4)快速安全关机。
(5)软启动。
(6)限流。
(7)最大转速高，低速扭矩大。
(8)机械特性易于调整。
(9)易于智能控制水温和水流。
第四，开关磁阻电机的发展趋势。
开关磁阻电机作为一种新型调速驱动系统，以其结构简单、成本低、效率高、调速性能优良、可控性灵活等优点，越来越受到人们的认可和应用。目前已成功应用于电动汽车驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等诸多领域，成为交流电机调速系统、DC电机调速系统、无刷DC电机调速系统的有力竞争者。
美国、加拿大、南斯拉夫、埃及和其他国家都发展了SRD系统。在国外的应用中，SRD一般用于牵引，如电瓶车和电动车。同时，高速性能是SRD的一个特殊方向。据报道，美国已经为航天技术开发了25000 r/min、90kW的高速SRD样机。SRD系统的研究已列入我国中小型电机八五、九五、十五科研规划项目。
华中科技大学开关磁阻电机研究组在“九五”期间开发了使用SRD的纯电动汽车，在“十五”期间将SRD应用于混合动力城市公交车，均取得了良好的运行效果。SRD在纺织机械研究所的毛巾印花机、卷布机、煤矿牵引、电动车上应用，取得了显著的经济效益。
近年来，随着电力电子技术、数字信号处理技术和控制技术的快速发展，以及智能技术的不断成熟和高速、高效、低成本的数字信号处理芯片(DSP)的出现，利用高性能的DSP开发出各种复杂算法的间接位置检测技术，无需额外的硬件电路，大大提高了开关磁阻电机检测的可靠性和适用性，必将更大程度地显示出SRD的优越性。
到了90年代，计算机控制的柔性制造系统、主仓库和机器人进一步结合，物料和零部件的供应管理由计算机控制，实现了高效率、高质量的全自动均衡生产。设计制造水平不断提高，专用控制芯片和集成功率器件不断开发，开关磁阻电机的性能和适用性不断增强。随着国家经济建设的发展，各行各业的机械化和自动化程度越来越高，这为开关磁阻电机提供了巨大的潜在市场。