开关磁阻电机（SRM）工作原理_优缺点_主要应用
开关磁阻电机（SRM）并不是一项新技术，不过该电机的商业版本出现时间并不长。与其它类型的电机相比，开关磁阻电机具有更高的效率、更好的可靠性、更低的价格和更高的性能。
其实，开关磁阻电机的概念在1838 年就已经得到认可，因为它包含高可靠性、性能好、电机驱动效率高、整体系统成本较低等诸多优势。
基本概念
开关磁阻电机是通过磁阻转矩运行，与普通有刷直流电机的类型不同，开关磁阻电机功率传输到定子而不是转子内的绕组。该电机的另一个名称是VRM（可变磁阻电机）。
为了更好地运行开关磁阻电机，它使用了开关逆变器。该电机的控制特性与电子换向的直流电机相同，并且适用于对尺寸以及马力 (hp) 重量比至关重要的场合。
该电机简化了其机械设计以限制电流流向旋转部件，这使得它的设计变得复杂，因为必须采用某种开关系统将功率传输到不同的绕组。
其实，这种机械设计也可用于发电机，由于负载可以切换到序列内的线圈，以协调通过旋转的电流。因此，与传统类型的电机相比，这类发电机也可以高速运行，因为电枢是由一块可磁化材料制成的，如开槽圆柱体。
工作原理
开关磁阻电机的工作原理是，它根据可变磁阻原理工作，这意味着该电机的转子不断尝试通过最低磁阻通道对齐。旋转磁场的形成可以使用电力电子开关电路来完成。其中，磁路的磁阻主要取决于气隙。因此，通过修改转子和定子之间的气隙，也可以修改该电机的磁阻。
其中，磁阻可以定义为对磁通量的阻力。对于电路，磁阻是电阻和磁路的组合。
结构原理
开关磁阻电机的结构如下图所示，该电机包括6个定子极和4个转子极。定子的设计可以在突出的磁极内使用硅钢冲压件来完成。定子中的磁极为奇数或偶数。大多数电动机在定子内有偶数个磁极，这些磁极具有励磁线圈。
当两极相反时，励磁线圈将串联连接，所以它们的磁动势是相加的，称为相绕组。一组线圈或单个线圈可包括相绕组。每个绕组都可以连接到电机端子，并且这些绕组正确连接到功率半导体开关电路的o/p端子，它的输入是直流电源。
转子的设计可以通过外部突出的磁极用硅钢冲压件完成，但转子磁极与定子磁极不同。在大多数现有电机中，转子极数为4或6，主要是基于定子极数，如6或8。另外，转子轴上装有位置传感器。因此，功率半导体电路中各种器件的操作主要是通过从该传感器获得的信号来控制的。
在开关磁阻电机中，定子和转子都包括一个设计有软铁的突出磁极以及用于减少磁滞损耗的硅冲压件。电机的定子包括励磁绕组，而转子则没有。在定子中，各绕组可通过异极串联连接，以增加电路的磁动势。
主要类型
开关磁阻电机的分类可以根据线性和旋转开关磁阻电机等类型。
- 线性开关磁阻电机；在市场上被称为伺服电机，它包括单步定子和转子。
- 旋转式开关磁阻电机；有径向磁场和轴向磁场两种类型，其中轴向磁场开关磁阻电机分为单叠层和多叠层两种类型。这种旋转开关磁阻电机包括一个以上的转子和定子。
与步进电机的区别
开关磁阻电机的操作可以通过在磁路内进行更改来通过电机定子绕组内的开关电流来完成，该电路可以通过电机的定子和转子形成。
开关磁阻电机的定子包括与BLDC电机相关的绕组，不过转子的设计可以用钢材来完成，钢材可以变成没有磁铁或绕组的凸极。一旦定子和转子的磁极错位，则它们之间的磁路包含高磁阻。
当定子中的磁极对被切换时，转子切换到通过激活的定子磁极连接，以降低电路的磁阻。当定子磁极被切换时，它们应该被精确地定时，以确保发生这种情况，因为转子磁极正朝着与激活的定子磁极连接的方向移动。
与步进电机不同的是，开关磁阻电机需要使用霍尔效应传感器进行位置反馈，否则需要编码器根据转子的确切位置来管理定子电流换向。与步进电机相比，这些电机包括更少的极数以及更大的步进角。步进电机主要用于高分辨率和步进完整性非常重要的放置应用，但开关磁阻电机适用于主要关注功率密度的情况。
开关磁阻电机包括没有绕组、磁铁和低惯性的转子。因此，与步进电机相比，它们可以获得更高的速度和加速度，因为它们具有永磁体转子。
另外，开关磁阻电机和步进电机之间的主要区别在于定子的结构。在开关磁阻电机中，各相相互独立，这意味着，如果一个或多个相停止工作，那么即使扭矩输出降低，电机也可以运行。
与步进电机相比，开关磁阻电机产生的噪声更大，噪声的主要来源可能是定子变形，因为一旦激活定子磁极对就会产生径向力。这些磁极对被吸引以引起径向力改变定子。
主要特性
开关磁阻电机的特性包括以下内容：
- 这种磁阻电机可以是单相或是三相。
- 速度控制很简单。
- 可以改变触发电路以获得高速。
- 一旦与逆变器一起使用，它就可以使用直流电源运行。
- 可以改变任何开关设备的触发角，可以实现不同的转速。
- 通过使用反馈二极管可以回收馈送给电机的未利用能量，以提高效率。
主要优点
开关磁阻电机的优点包括以下内容：
- 设计非常简单，电机中的转子非常坚固。
- 适用于高速应用。
- 与传统的VFD相比，该电机的VFD（变频驱动器）稍微简单一些。
- 当定子和转子槽突出时，该电机不使用任何额外的通风系统。因此，气流可以在槽之间保持。
- 由于不存在永磁体，因此成本较低。
- 容错性高。
- 该电机与简单的两相或三相脉冲发生器配合使用。
- 缺相不会改变电机的运行。
- 一旦相序改变，电机方向就会改变。
- 惯性比或高扭矩。
- 无需额外操作设置即可自启动
主要缺点
开关磁阻电机的主要缺点包括以下内容：
- 扭矩容量较小，通常情况下噪音很大。
- 在高速运行该电机时，会产生扭矩波动。
- 使用外部转子位置传感器。
- 这些适用于可控性和轴或噪声扭矩波动不危险的中高速低成本应用。
- 该电机在高速运行时会产生谐波，因此为减少谐波，需要安装大容量电容器。
- 由于不存在永磁体，SRM必须承载高i/p电流以增加转换器KVA的必要性。
主要应用
开关磁阻电机的应用非常广泛，下面简单列出一些比较常见的应用：
- 可以在不同应用中用作感应电机的替代品，只要该电机的运行条件不适合它们。
- 用于毛巾织机、剑杆织机等纺织机械中。
- 用于电动汽车。
- 游梁泵、立式泵、试井机械等油田机械。
- 输送机、采煤机、绞车、球磨机、掘进机、碎煤机等矿山机械。
- 用于螺旋压力机等各种机械压力机。
- 立式车床、刨床、钻床等机床。
- 线圈卷绕和放卷设备
- 造纸厂使用的设备
- 用于食品混合的机械
- 金属轧机
- 起重机械，如绞车、升降机、输送机等
- 塑料类挤出、注塑成型设备制造
- 使用风力涡轮机转子叶片的负载控制等发电装置
- 用于吸尘器、洗衣机、风扇等家用电器。
总结
以上关于开关磁阻电机相关基础内容介绍，这些电机在不同的应用中有诸多优势。目前，由于其设计和高力密度，开关磁阻电机的线性版本已被实施以处理相同的属性和前景。
