变磁阻电动机控制系统的工作原理和优势

变磁阻电动机（Variable Reluctance Motor）的定子有多个磁极，磁极上有集中绕组，一旦通以电流就产生励磁磁场，而转子无励磁绕组或永磁体只有齿槽结构。变磁阻电动机转子运动时，气隙磁阻是不断变化的。其工作原理是利用气隙磁场使得转子齿与定子磁场磁极位置对齐，磁阻以最小或磁场最强的方式运行。由于转子是磁阻性质的结构，因此工作电流的方向与运行状态无关。变磁阻电动机主要有同步磁阻电动机、反应式步进电动机和开关磁阻电动机等。

（1）步进电动机控制系统

步进电动机是一种电磁式增量运动执行元件，它将输入的电脉冲信号转换成机械角位移或线位移信号，因其输入是脉冲信号，执行机构运动是断续的，故又称为脉冲电动机。

步进电动机种类很多，其结构和原理也不尽相同。根据结构可分为3类：反应式步进电动机、永磁步进电动机和混合式步进电动机。永磁步进电动机与永磁无刷直流电动机类似，转子为永磁体，定子为集中绕组。反应式步进电动机定子磁极表面开有齿距与转子齿距相同的小齿槽，根据步进电动机的相数确定导通方式，如三相单拍等。混合式步进电动机转子既有永磁又有齿槽。由于步进电动机的步距不受外加电压波动、负载变化和环境条件变化的影响，其起动、停止或反转都是由脉冲信号控制的，因此在不丢步的情况下，其运行的角位移或线位移误差不会长期积累。这也是步进电动机特别适合简单、可靠的开环数字控制系统应用的原因，如打印机、复印机等应用的驱动步进电动机。(https://www.xing528.com)

（2）开关磁阻电动机控制系统

开关磁阻电动机雏形在19世纪40年代就已问世，但直到20世纪60年代大功率晶闸管应用，开关磁阻电动机才得以深入研究。1967年英国Leeds大学对开关磁阻电动机的研究表明，开关磁阻电动机可以实现四象限运行，性能成本可以与同容量感应电动机媲美。1975年英国Nottingham大学和Leeds大学联合，成功研制出50kW开关磁阻电动机驱动系统，并用于蓄电池供电的电动车辆，研究成果表明开关磁阻电动机具有宽范围的调速性能和宽范围、高效率曲线，性能要优于同类感应电动机驱动系统。1980年，Leeds大学的P.J.Lawrenson教授发表的论文《Variable-speed Switched Reluctance Motors》标志着开关磁阻电动机的研究进入了新的阶段。

开关磁阻电动机的结构与反应式步进电动机相似，但在结构上，开关磁阻电动机定子齿数较少，而且定子齿数与转子齿数一般不同，如6/4、8/6、12/8等组合。定子磁极上有集中绕组，通以励磁电流产生转矩，转子存在齿槽、无绕组和永磁励磁，结构简单可靠。在控制方法上，开关磁阻电动机根据转子位置反馈信息进行电流换相控制。在运行性能方面，开关磁阻电动机由于转子坚固可以高速运行，且适当控制导通角和关断角就可以使其运行在电动机状态或发电动机状态，因此广泛用于高速航空发动机、电动车辆驱动等领域。开关磁阻电动机的绕组电流只需要单方向控制，而且相数少，因此控制系统主电路拓扑结构简单。开关磁阻电动机主要存在转矩脉动、振动和噪声，以及需要转子位置传感器实现闭环控制等问题。