第4节 磁阻电机 (修订中)
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可变磁阻电机_的原理是一块不受约束的铁块将移动以完成具有最小_磁阻的磁通路径，即电阻 (opens new window)的磁模拟。
# 1. 同步磁阻
如果带凸极的大型同步电动机的旋转磁场断电，它仍会产生 10% 或 15% 的同步转矩。这是由于在整个转子旋转过程中存在可变磁阻。大型同步磁阻电机没有实际应用。然而，它在小尺寸时是实用的。
如果在感应电机的无导体转子中切出槽，对应于定子槽，就会产生_同步磁阻电机_。
它以感应电机启动，但以少量同步扭矩运行。同步转矩是由于当槽对齐时从定子到转子的磁路的磁阻变化。
这种电机是一种产生中等同步扭矩的廉价装置。低功率因数、低牵引转矩和低效率是直流电力线驱动的可变磁阻电机的特点。这就是半导体功率控制 (opens new window)发展之前一个世纪以来可变磁阻电机的现状。
# 2. 开关磁阻
如果将带有磁极但没有任何导体的铁转子安装到多相定子上，则会产生能够与定子磁场同步的_开关磁阻电机。_当定子线圈极对通电时，转子将移动到最低磁阻路径（下图）。
开关磁阻电机也称为可变磁阻电机。转子对定子磁通路径的磁阻随转子的位置而变化。
磁阻是可变磁阻电机中转子位置的函数
定子相位的顺序切换（下图）将转子从一个位置移动到下一个位置。磁通量寻找磁阻最小的路径。下面是一个过度简化的转子和说明操作的波形。
可变磁阻电机，操作过于简单
如果开关磁阻电机的每一个三相绕组的一端通过公共引线引出，我们可以将其解释为步进电机（上图）。_其他线圈连接以波驱动_模式依次接地，一次一个。这将转子吸引到以 60 ° 为增量的顺时针旋转磁场。
各种波形 (opens new window)可以驱动可变磁阻电机（下图）。波驱动 (a) 很简单，只需要一个单端单极开关。那是只在一个方向上切换的一种。双极驱动器 (b) 提供更大的扭矩，但需要双极开关。
电源驱动器必须交替拉高和拉低。波形 (a & b) 适用于可变磁阻电机的步进电机版本。对于平稳的无振动操作，正弦波 (c) 的 6 步近似是可取的且易于生成。
正弦波驱动 (d) 可以由脉冲宽度调制器 (PWM) 生成或从电源线中提取。
可变磁阻电机驱动波形：(a) 单极波驱动，(b) 双极全步 (c) 正弦波 (d) 双极 6 步
定子极数加倍会降低转速并增加扭矩。这可能会消除齿轮减速驱动。旨在以离散步骤移动、停止和启动的可变磁阻电机是_可变磁阻步进电机 (opens new window)。_
如果以平滑旋转为目标，则有开关磁阻电机的电子驱动版本。可变磁阻电机或步进电机实际上使用如下图所示的转子。
# 3. 电子驱动可变磁阻电机
当驱动直接电源线时，可变磁阻电机性能较差。然而，微处理器和固态功率驱动器使该电机成为一些大批量应用中经济的高性能解决方案。
虽然难以控制，但这种电机很容易旋转。励磁线圈的顺序切换会产生一个旋转磁场，当它寻找最低磁阻路径时，它会拖着不规则形状的转子四处走动。
转矩和定子电流之间的关系是高度非线性的——难以控制。
电子驱动可变磁阻电机
电子驱动的可变磁阻电机（下图）类似于没有永磁 (opens new window)转子的无刷直流电机。这使得电机简单且便宜。然而，这被电子控制的成本所抵消，这并不像无刷直流电机那么简单。
虽然可变磁阻电机很简单，甚至比感应电机更简单，但它很难控制。电子控制解决了这个问题，使驱动电机远高于和低于电源线频率成为现实。由_伺服_驱动的可变磁阻电机（一种电子反馈系统）控制扭矩和速度，最大限度地减少纹波扭矩。
电子驱动可变磁阻电机
这与步进电机所需的高纹波转矩相反。可变磁阻电机不是步进电机，而是针对具有最小纹波转矩的连续高速旋转进行了优化。
有必要使用旋转位置传感器（如光学或磁性编码器）来测量转子位置，或者通过监测定子反电动势得出这一点。微处理器执行复杂的计算，以便在固态器件的适当时间切换绕组。
这必须精确地完成以最小化可听噪声和纹波扭矩。为了获得最低的纹波转矩，必须监测和控制绕组电流。
严格的驱动要求使该电机仅适用于高容量应用，如节能真空吸尘器电机、风扇电机或泵电机。一种这样的真空吸尘器使用紧凑的高效电子驱动 100,000 rpm 风扇电机。
电机的简单性弥补了驱动电子设备的成本。无刷、无换向器、无转子绕组、无永磁体，简化了电机制造。
这种电子驱动电机的效率可以很高。但是，它需要使用专门的设计技术进行大量优化，这仅适用于大批量生产。
优点
- 结构简单——没有电刷、换向器或永磁体，转子中没有铜或铝。
- 与传统的交流或直流电机相比，效率和可靠性更高。
- 高启动扭矩。
- 与大批量无刷直流电机相比具有成本效益。
- 适应非常高的环境温度。
- 如果音量足够高，则可以进行低成本的精确速度控制。
缺点
- 电流与转矩是高度非线性的
- 相位切换必须精确以最小化纹波转矩
- 必须控制相电流以最小化纹波转矩
- 声学和电噪声
- 由于复杂的控制问题，不适用于小批量
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