为完成特种电机及控制课程作业所整理的笔记。将初步介绍开关磁阻电机工作原理，发展历程，并简要概括其优缺点，最后基于优缺点简要概括开关磁阻电机目前的主要研究方向。
序言
开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是一种新型交流调速电机，作为一种双凸极变磁阻电机，它有结构简单、可靠性高、调速范围宽、成本较低等优点，目前被广泛地应用于新能源电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等领域，具有广阔的应用前景。由其构成的调速系统兼具直流与交流调速系统的优点，这使得其在交流调速领域异军突起，成为目前电气传动领域较为热门的研究课题之一。
发展概况
关于开关磁阻电机的研究最早可追溯至1838年，英国学者制造了一台通过向蓄电池充电来驱动机车运行的装置，其原理类似于现在的开关磁阻电机，不过受限于当时的科技水平，所制成电机的效率很低，因此没能得到学界的广泛关注。
1969年，美国学者S.A.Nasar撰写的论文描述了开关磁阻电机的两大特征：①开关性：电机工作在一种连续的开关模式；②磁阻性：定、转子具有可变磁阻回路，即它是一种双凸极电机。
而随着现代工业的迅猛发展，电力电子技术、自动控制原理等技术理论趋于成熟，这使得开关磁阻电机研制的技术阻碍被逐渐抹平。
20世纪70年代左右，英国Leeds大学步进电机和磁阻电机研究小组首创了一台现代开关磁阻电机的雏形。
1980年，RJ.Lawrenson在ICEM会议上发表论文《变速开关型磁阻电机》，系统阐述了开关磁阻电机的工作原理与特点，这标志着开关磁阻电机由构思与雏形到被学界正式认可的转变。
电机结构与工作原理
开关磁阻电机为双凸极结构，转子上既无绕组也无永磁体，定子上嵌有集中绕组。
注：凸极电机具有不均匀的气隙，交轴电感与直轴电感不相等。
开关磁阻电机的运行遵循着“磁阻最小原理”。
利用磁阻的不相等，磁通会沿着磁阻最小的路径闭合，通电的定子以磁力吸引转子，产生磁力的切向分力，进而产生对磁阻的电磁转矩。
开关磁阻电机工作过程中，由转子位置传感器检测当前转子的位置，其中最有利于对转子产生前向转矩的一相定子会通电，随着转子的转动，不断变换通电的定子绕组相序，从而实现转子的持续转动。
具有一定形状的转子铁心在移动到最小磁阻位置时，其主轴线会与磁场的轴线重合，若给定子绕组按照一定的顺序依次供电，转子将沿着逆励磁次序的方向旋转。
图1
开关磁阻电机结构（画出其中一相绕组及其主电路）
如图所示的开关磁阻电机是四相8/6极开关磁阻电机，其定子有8极，转子有6极。
径向相对的两个定子绕组正向串联构成一相，相绕组通电后在铁心内形成两极型的磁场。
开关磁阻电机的转矩由磁路选择最小磁阻结构的趋势有关。
上图D相定子凸极轴线D-D'与转子凸极轴线3-3'重合，此时D相磁路磁阻最小，电感最大，若此时继续给D相励磁，转子将只受到径向磁吸力而无切向磁拉力，无法维持转子的转动。若给A相励磁，由于此时磁力线被扭曲，将会产生切向磁拉力，使转子旋转到定子凸极轴线A-A'与转子凸极轴线1-1'重合之处，使A相的磁路磁阻最小，电感最大。
若上图为定转子位置的初始状态，按照A->B->C->D顺序给定子绕组通电，则转子将沿着逆励磁顺序以逆时针方向转动；若按照C->B->A->D顺序给定子绕组通电，则转子按顺时针方向转动。
开关磁阻电机的旋转方向与相电流方向无关，仅与相绕组励磁顺序有关。
由上图可知，当主开关器件\(S_1,S_2\)导通时，D相绕组从直流电源\(U_s\)吸收电能；当\(S_1,S_2\)关断时，相电流经续流二极管\(VD_1,VD_2\)回馈电源\(U_s\)，引入回馈环节可以有效利用能量，提高开关磁阻电机调速系统的工作效率。
定义每切换一次通电的定子绕组时，转子转过的角度为步距角\(\theta_{step}\)，可得：
\(\theta_{step}=\frac{\tau_t}{m}=\frac{360°}{mN_r}\)
其\(N_r\)为转子凸极个数，m为相数，\(\tau_t\)为转子的极距角。
考虑磁路饱和带来的非线性，根据磁共能计算开关磁阻电机的电磁转矩
\({\left. {T(\theta ,i) = \frac{ {\partial
W'(\theta ,i)} }{ {\partial \theta } } } \right|_{i = const}
}\)
在对开关磁阻电机作定性分析时，若忽略磁路的非线性，上式可简化为 \(T(\theta ,i) = \frac{ { {i^2}}}{2}\frac{
{\text{d}}L}{ {\text{d}}\theta}\)
优缺点
优点
(1)结构简单、制造成本低
开关磁阻电机定子和转子采用双凸极结构，没有安装永磁体，使得其制造成本相较于感应电机与永磁同步电机更低。
(2)控制电路简单
开关磁阻电机每一相只需要一个功率开关就能实现控制，控制器成本较低。电机旋转方向取决于各相绕组的通电顺序，与通入电流方向无关。
(3)可靠性高
开关磁阻电机各相可以独立工作。当出现电源缺相、电动机或控制器任意一相故障时，另外几相绕组仍能正常工作，开关磁阻电机仍能以较小的功率正常运行。这使得开关磁阻电机能够较好地适应高温等极限环境下的工作。
(4)调速范围广，低速下可长期运行
由于开关磁阻电机效率高，在低速下的温升程度比额定工况时要低，不存在变频调速低速运行下电动机发热问题。此外，开关磁阻电机最高转速不会像交流电动机那样受极数的限制，可以灵活地设定最高转速。
(5)系统效率高、节能效果好
开关磁阻电机整体比异步电动机变频调速系统效率高，在低速或轻载工作的状态下效率能够高10%以上；与齿轮电机减速、二级皮带轮减速、电磁调速等系统相比，开关磁阻调速电机节电效果更明显。
(6)可以实现频繁起停与正反转控制
开关磁阻电机启动时能以较小的电流得到较大的转矩，这使其四象限运行控制灵活，条件允许的情况下，可支持每小时几百次以上的起停或正反转的切换。适合于需要重载起动、负载变化明显、频繁起停的场合。
(7)功率器件控制错误不会引起短路
开关磁阻电机调速系统的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联，不存在发生功率器件控制错误导致短路而烧毁的现象。而变频器的主电路上下桥臂直接串联，存在由于干扰或导通错误导致母线直接短路的可能性。
缺点
由于SRM独特的双凸极结构以及磁路的高饱和性，不可避免的导致了转矩脉动以及噪声等诸多问题。
转矩脉动
开关磁阻电机工作在脉冲供电方式中，瞬时转矩脉动大，转速很低时，步进状态明显，而且由于其本身的非线性，导致转矩控制困难。尽管目前研究SRM直接转矩控制技术等文章较多，但仍难以实现转矩的精确控制，在伺服等精密控制场合，SRM与其它类型电机相比不具有优势。
噪声
开关磁阻电机相绕组轮流导通，径向力导致定子变形，换相时更明显，电机噪声大，减小振动和噪声是重要的研究课题，很多科研人员正在从电磁参数设计和调速方法以及电机结构几方面进行研究加以改进，但现在与其它电机相比，仍然噪声偏大。
位置检测器
位置检测器使得结构简单的开关磁阻电机变得逊色，降低了系统可靠性，因此探索实用的无位置检测器的检测方案是十分有必要的。目前国内外研究较多的是用定子绕组的瞬态电感信息来实现无位置检测器方案，但距实际应用还待进一步深入研究。