前言：

隨著原材料成本的增長，成本低廉制造簡單的開關磁阻電機因其可以實現高速同步運轉，以較高的性價比逐步應用于家用電器，工業伺服與調速系統，牽引系統，高轉速電機等領域。功率可大于10KW，轉速上限100000r/min.雖然與普通電機應用上有差異，但其關鍵功率器件IGBT還是使用通用的器件。宏微專門針對開關磁阻電機推出了UZA/UZK系列IGBT,同時推出應用案例，以適應市場需要。

開關磁阻電機結構與特點：

開關磁阻電機（SwitchedReluctanceMotor),即SRM。主要由定子和轉子組成，定子和轉子均為凸極結構，定子和轉子的齒數不等，轉子齒數一般比定子少兩個，定子齒上套有集中線圈，兩個空間位置相對的定子齒線圈相串聯，形成一相繞組。轉子由鐵心疊片而成，其上無繞組。開關磁阻電機的工作機理是基于磁通總是沿磁導最大的路徑閉合的原理。當定、轉子齒中心線不重合、磁導不為最大時，磁場就會產生磁拉力，形成磁阻轉矩，使轉子轉到磁導最大的位置。當向定子各相繞組中依次通入電流時，電機轉子將一步一步地沿著通電相序相反的方向轉動。如果改變定子各相的通電次序，電機將反相運轉。但相電流通流方向的改變是不會影響轉子的轉向的。開關磁阻電機有如下特點：

(1)開關磁阻電機轉子上沒有繞組，定子線圈的端部又很短，制造方便，發熱量小，電機利用系數是異步電機的1.4倍，電機制造成本大為降低。

(2)轉動慣量小，具有較高的轉矩/慣量比，特別適合于高速運行。

(3)每相繞組中通入的可以是單方向的電流(脈沖)，功率開關元件數量少，可以避免橋臂直通。

但就目前的發展水平而言，SR電機仍存在一些缺點:

(1)由于是磁阻式電動機，其能量轉換密度低于電磁式電動機；

(2)轉矩脈動較大，通常為士15％，功率開關元件關斷時在電機定子繞組端部及開關器件上產生較高的電壓尖峰。

(3)需要位置檢測傳感器，增加了系統的復雜性和成本。

開關磁阻電機轉速n(r/min)計算公式如下：（f：相繞組電壓的開關頻率Nr：轉子齒數）

磁阻電機結構示意圖

開關磁阻電機控制系統(SRD)：

SRD是磁阻電動機和電力電子技術相結合而產生的一種機電一體化的裝置。主開關器件IGBT是SRD關鍵部件，高性能的DSP是SRD控制的核心，同時需要準確的位置傳感器及良好的控制系統的軟硬件設計。其基本結構如下圖：

SRD結構示意圖

相比于其他電機驅動系統，SRD系統具功率電路簡單可靠、系統可靠性高、起動轉矩高、啟動電流小等特點：同時由于SR電機為雙凸極結構，不可避免地存在轉矩脈動。但是采用合適的控制技術，SRD的噪聲完全可以控制在合理的噪聲水平。

SRD功率變換器：

從SRD結構圖可知，功率變換器是SRD的功率主回路，承擔大電流、高電壓、電壓尖峰、諧波干擾等風險。其器件的可靠性尤為重要。江蘇宏微科技結合SRD不同的主電路設計了UZA/UZK系列IGBT，電流Ic：50～600A,電壓Vces：600～1200V。拓撲圖如下：

UZA /UZK系列IGBT可以組合為SRD如下的功率變換主電路

結合電路分析可知，上述的主電路主要特點為：

1.電源分裂轉換器電路簡單，適用于4相電機,但電源電壓為電機相電壓的二倍，開關元件的電壓定額成倍提高，控制方法過于簡單。

2.C-dump轉換器只增加了一個斬波器用功率開關和一個電容，電路也比較簡單，同時提高了能量利用率。

3.不對稱橋式轉換器功率開關和二極管承受的反壓均為電機相電壓Us，耐壓要求比較低，開關元件數目多但能實現分步關斷，控制方法靈活，有利于電機噪聲的控制和降低器件故障率。以常用的不對稱橋式轉換器為例，其開關狀態如下圖示，上下臂開通時電流經上下IGBT和電機線圈，此時轉子轉到磁導最大的位置。上臂關斷時電機線圈通過下臂IGBT和D1d續流。上下臂關斷時電機線圈通過D1u和D1d續流。

結合功率轉換主電路，我們推薦如下控制電路：

SRD驅動和控制電路

結論：

1.使用江蘇宏微科技UZA/UZK系列IGBT可以很方便構建SRD不同的主電路，其電流和電壓范圍也涵蓋了目前開關磁阻電機的主要應用方向。

2.江蘇宏微科技UZA/UZK系列IGBT主要采用英飛凌芯片封裝，已經在新能源汽車、紡織機械等領域使用，如結合推薦的驅動電路進行應用開發將更理想。

3.由于篇幅限制，實際的控制要更復雜些，如機械振動的減弱，自感電流的處理，轉子位置傳感器與IGBT開關時序的配合等。

4.具體的應用領域可以選擇不同的功率轉換電路，同時采用不同的控制方法如電壓控制、電流控制等。