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同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用

摘要:

本文简单介绍了同步磁阻电机（SynRM)的运行原理。追溯同步磁阻电机的发展历史，

总结了同步磁阻电机的结构和运行特点。根据同步磁阻电机的特点结合目前国内外研究现状

讨论了同步磁阻电机现有的几种高性能控制方法.最后根据同步磁阻电机当前的研究进展结

合其取得的优越性能介绍了其在电动汽车和高速发电等领域的应用.

关键词:同步磁阻电机

1同步磁阻电机的原理

SynRM运行原理与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依

靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩,而遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的

原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。

SynRM在dq轴系下的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程为：

电压方程：

（1）

磁链方程：

（2)

电磁转矩方程：

(3）

Ld、Lq为绕组d、q轴电感;Rs为定子绕组相电阻；ωr为转子电角速度;为定子d、

q轴磁链，为电机极对数;β为电流综合矢量与d轴之间的夹角[1]。

2同步磁阻电机的发展历史

早在二十世纪二十年代KostkoJK等人提出了反应式同步电机理论［2］，M．Doherty和

Nickle教授提出磁阻电机的概念，此后国外关于许多专家和学者对同步磁阻电机的的能、

转子结构和控制方法进行较深入研究。早期的同步磁阻电机由一个无绕组凸级转子和一个与

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异步电机类似的定子组成。在转子轭q轴方向加上两道气隙，以增加q轴磁阻。利用d-q轴

的磁阻差来产生磁阻转矩。转子周边插上鼠笼条以产生异步起动转矩。然而，由于该异步

转矩的作用,又将引起转子震荡而难以保证电机正常运行。六十年代初,出现了第二代同步

磁阻电机它利用块状转子结构来增加d-q轴磁阻差，同时不用鼠笼条来起动转矩,而直接

靠逆变器变频来起动，从而减轻了转子震荡现象[3]。然而,为产生足够的磁阻转矩,需要

定子侧有较大的励磁电流,致使该电机功率因素和效率都很低，从而影响了该种电机的推

广使用。为尽可能增大d—q轴磁阻差,同时减小励磁电流,增大功率因素,在七十年代初期

产生了第三代同步磁阻电机,采用轴向多层迭片结构，以获得最大的d轴电感和最小q轴

电感，而得到最大磁阻转矩[4]。采用该转子结构后,d—q轴电感之比可以达到20，其输

出功率可以达到同尺寸大小的异步电机输出功率.1991年美国威斯康星大学T.A。Lipo教授

对同步磁阻电机的转子结构进行进一步优化，发表文章提出SynRM在交流调速驱动系统

中替代异步电动机的可能性的问题[5,6］。1993年英国的T.J。E。Miller教授指导的课题

组对SynRM不同转子结构的磁路进行了分析和研究，试图寻找更优化的转子结构提高电

机的凸极率，并重点对轴向叠片转子结构SynRM转子叠片层数、绝缘占有率进行了优化，

得到优化后的样机在最大转矩电流比控制时功率因数为0.7左右［7，8].文献［9]对冲