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2022-12-27 13:161. 论步进电动机与开关磁阻电动机
磁阻电机，一种连续运行的电气传动装置，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。
所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁导最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。
此类电机是利用磁阻（magnetic reluctance），也被称为磁电阻（magnetic resistance）让电机产生旋转运动，就像电路那样，磁路中的磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合。
凸极率是转子叠片设计的直接结果，叠片的冲制用来切割出电机的等效气隙形状以控制磁通路径，冲制工艺还对d轴和q轴电感随着磁化电流变化而变化产生影响。由于冲制工艺增加了等效气隙，需要更大的励磁电流，导致功率因数cosφ. 变得更差。
磁阻电机的工作原理
磁阻电动机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。为方便分析磁路，我们把相对的相分别标为a、b、c相，各相线圈由开关控制电流通断，约定转子启动前的转角为0度。
为了使转子继续转动，在转子转到30度前已切断A相电源在30度时接通B相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，于是转子继续转动，磁力一直牵引转子转到60度为止。
在转子转到60度前切断B相电源在60度时接通C相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，转子继续转动，磁力一直牵引转子转到90度为止。
当转子转到90度前切断C相电源，转子在90度的状态与前面0度开始时一样，重复前面过程，接通A相电源，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋转。
磁阻电机的结构
磁阻电机在转子旋转时，磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以，该电动机的定、转子均采用双凸极结构，并用硅钢片叠制而成。在每个定子磁极上都装有简单的集中绕组，并把径向相对的两个定子磁极上的绕组以串联或并联的方式构成一相。
在转子上无任何绕组，也无永磁体。按照电动机的相数，可分为奇数相和偶数相。按照电动机的磁路结构，可分为两极型长磁路结构和四极型短磁路结构。按照电动机的通电励磁模式，有单相励磁和多相励磁之分。
电机转子无永磁体，允许较高的温升。由于绕组均在定子上，电机容易冷却。效率高，损耗小。转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。转子上没有电刷，结构坚固，适用于高速驱动。
磁阻电机的应用
近年来磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W～5MW，最大速度高达100000 r/min。
1.磁阻电机电动车应用
磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动汽车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机变为首选对象。
2.磁阻电机纺织工业应用
近十年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机等组成的控制系统;先进的驱动技术，有变频调速，交流伺服，步进电机等;检测传感技术和执行机构;精密机械技术等。
3.磁阻电机焦炭工业应用
磁阻电机因其启动力矩大、启动电流小，可以频繁重载启动，无需其他的电源变压器，节能，维护简单，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。
我国研制成功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车、132kW的开关磁阻电机用于带式输送机拖动，良好的启动和调速性能受到工人们的欢迎。我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能良好。此外还成功地将开关磁阻电机用于电机车，提高了电机车运行的可靠性和效率。
4.磁阻电机在家电行业的应用
磁阻电机的发展状况
众所周知，磁阻电机驱动系统是一种高效的电机系统，其综合性能超越以往各种传统电机，效率、性能、数字智能化控制等方面，都具有不可比拟的优势，而且在某些特定领域如15万转以上的超高速领域具有无可替代性。但是，另一方面，为什么这一优秀的动力产品在我国没有真正普及呢？本文将系统的回答这一问题。
一、磁阻电机的技术状态
和大部分圈外人士所认识的不同，不同于变频电机，磁阻电机驱动系统的技术极其复杂而体系。其中电机本体的电磁计算和结构工艺技术，可以说是所有电机里面最复杂的，至今在我国没有合理的动态数学模型用来揭示其复杂的内部微观特性，也就是说开关磁阻电机典型的非线性特征，难于具体把握。
总体而言，我们可以简单的根据技术状态，把开关磁阻电机一分为二，一是普通基础技术产品，一是高精度技术产品。所谓普通基础技术产品，就是依据其根本原理，而研究、产生的最基础的产品，就像第一代计算机，粗大笨重、精度差、计算速度慢。
高精度技术产品则不然，其从电机设计、工艺、控制技术等各个环节，都采用科学开发模式和先进技术，并使用高精度加工设备和工艺，针对各个应用设备的细节特性而具体设计
2. 磁阻式步进电机
开关磁阻电动机和步进电机的唯一区别是：SRM的开通和关断角是可以控制的； 而步进电机是固定的。
1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2~1.4倍。
2、电动机的结构简单，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。
3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励，理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件，且与电动机绕组串联，不会像PWM逆变器电源那样，存在两个开关元件直通的危险。所以，开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流调速系统。
4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速限制小，可制成高转速电动机，而且转子的转动惯量小，在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。
5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软启动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。
6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位处理可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可以维持在教导水平。
3. 磁阻式步进电动机的结构特点和基本工作原理
利用磁阻的不等，磁通总向磁阻小的路线集中，通电的定子以磁力吸引铁磁性的转子，使磁力产生切向分力，即产生对转子的转矩。
定子的通电循序是根据转子位置传感器检测到的转子位置相对应的最有利于对转子产生向前转动转矩的那一相定子通电，转过一定角度后又由下一个最有利于转子产生转矩的一相通电。
不断变换通电的定子绕组相序，使转子连续朝一个方向转动。
磁阻电机不同于步进电机，磁阻电机是有位置反馈的，是一种自同步电机，其转速是由电机的驱动力矩和负载的阻力矩共同决定的。
而步进电机是开环工作的，在不失步条件下其转速是由脉冲频率决定的。
4. 开关磁阻电动机与步进电动机的区别
开关磁阻电动机和步进电机的唯一区别是：SRM的开通和关断角是可以控制的； 而步进电机是固定的。
1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2~1.4倍。
2、电动机的结构简单，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。
3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励，理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件，且与电动机绕组串联，不会像PWM逆变器电源那样，存在两个开关元件直通的危险。所以，开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流调速系统。
4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速限制小，可制成高转速电动机，而且转子的转动惯量小，在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。
5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软启动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。
6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位处理可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可以维持在教导水平。
5. 论步进电动机与开关磁阻电动机的关系
因为电动汽车电机的轴承一般采用免维护的轴承,没有注油和出油系统,体积就减小了;而且电动汽车电机一般采用机壳水冷,而同功率的工业电机一般采用风冷,需要安装风扇,所以体积就比较大了。
汽车电机可分为交流电动机、直流电动机、交/直流两用电动机、控制电动机(包括步进、测速、伺服、自整角等)、开关磁阻电动机及信号电动机等多种。适用于驱动的电动机分别为直流电动机和交流电动机。
工业电机指的是应用于工业，如矿山，风机，冶金等工业生产上的普通三相异步电机。
6. 步进电机和开关磁阻电机
汽车空调步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构、旁通气阀阀芯、阀座等组成，螺旋机构中的螺母和步进电机的转子制成一体。螺杆与壳体之间为滑动花键联接，使螺杆不能作旋转运动，只能沿轴向作直线运动。当步进电机转动时，螺母带动螺杆作轴向移动，步进电机转子每转动一圈，就使螺杆移动一个螺距，螺杆上固定着阀芯，螺杆向前或向后移动时，带动阀芯关小或开大旁通气阀。电脑通过控制步进电机的转动方向和转角，就可控制螺杆的移动方向和移动距离，从而达到控制旁爱气阀开度，调整怠速进气量的目的。
汽车空调步进电机是一种可由脉冲电信号来控制转角和转动方向的电机，有多种类型，常见的是永磁型步进电机和可变磁阻型步进电机。
脉冲线性电磁阀式怠速控制阀结构与工作原理是怎样的？
这种怠速控制阀是用一个脉冲电磁阀来控制旁通气道的进气量，脉冲电磁阀与普通电磁阀的结构基本相同，由电磁线圈、固定衔铁、活动衔铁、阀芯、阀座等组成。当电磁线圈通电时，产生磁力，活动衔铁被吸向右边，靠向固定衔铁和阀芯在回位弹簧的作用下左移，关闭旁通气道。发动机怠速运转时，脉冲电磁阀接受来自电脑的固定频率的脉冲电流，不断反复地开启和关闭旁通气道。电脑利用改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率（称为占空比，变化范围为0—100%），改变电磁阀、开启和关闭的时间比率，来控制旁通气道的进气量，当怠速过低时，电脑自动提高脉冲电流的占空比，增加进气量；反之，当怠速过高时，降低占空比，减少怠速进气量。
7. 步进电机用接近开关控制
1、步进驱动器上的拨码开关主要用于驱动器的工作电流，细分，是否半流等参数的设置。
2、数字式驱动器也可以利用拨码开关进行电机控制参数自动整定。如英纳仕的EZM系列产品SW4可以用进行控制参数自动整定功能。步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。
比如对于步进角为1.8°的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。
不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细分数越大精度越难控制
8. 步进电机的电阻
24伏串2k电阻等于22伏。步进驱动器里用的是光耦隔离的输入端口与驱动芯片，光耦有大约2V的压降，工作电流在10mA左右，光耦是电流元件，电流大了会烧坏，供电电压的大小差点其实无所谓的，光耦的输入端串联一个大约300欧姆的电阻接到输入端口上，因此输入端口接5V电压时，也就是（5V-2V）/300欧姆=10mA左右的电流供给光耦的输入，但是如果输入端口接的是24V，也就是（24V-2V）/300欧姆=70mA左右的电流供给光耦的输入，电流太大了就会烧坏光耦了，串联一个2K的电阻，也就是（24V-2V）/（2000+300）=9mA左右的电流供给光耦的输入，就不会烧坏光耦了。
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