2. SRM基础

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是一种典型的双凸极、单励磁、变磁阻型电机。它的转矩不是来自永磁体或转子绕组，而是来自“磁通总是趋向于沿磁阻最小路径闭合”这一基本物理规律。理解 SRM 的结构、换相逻辑和运行特性，是后续分析转矩脉动来源、制定抑制策略的前提。

一、基本结构：定子集中绕组 + 凸极转子

SRM 的定子和转子均为凸极结构，但两者凸极数不相等，且通常满足“定子极数 = 2×相数”的关系。以最常见的三相 6/4 结构为例：定子有 6 个凸极，转子有 4 个凸极。定子每个极上绕有一个集中线圈，处于径向相对位置的两个线圈反向串联或并联，构成一相绕组。转子既无绕组，也无永磁体，仅由硅钢片叠压而成，结构极为简单坚固。

这种结构带来几个直接优势：转子无铜耗、无永磁体退磁风险、耐高温、适合高速运行；同时，由于每相绕组独立，SRM 具有较高的容错能力，缺相运行时仍可降额工作。其代价是：转矩由一系列脉冲叠加而成，天然存在转矩脉动，这也是本课程后续要重点解决的问题。

二、工作原理：磁阻最小原理与顺序换相

SRM 的运行遵循“磁阻最小原理”：当某相绕组通电时，该相定子极与转子极之间建立磁场，磁通试图沿磁阻最小的路径闭合，从而产生使转子凸极向定子凸极对齐的切向磁拉力，形成磁阻转矩。若转子凸极已与定子凸极完全对齐，该相电感达到最大值，此时继续通电不再产生有效转矩，反而会因电感变化率下降而降低出力。

因此，SRM 必须采用“位置闭环 + 顺序换相”的控制方式。控制器通过位置传感器（或无位置估算）获取转子角度，按转子位置依次给 A→B→C→A 相通电。每相绕组在电感上升区通电产生正向转矩，在电感下降区通电则产生制动转矩。通过调节开通角 θ_on、关断角 θ_off 和相电流幅值，即可控制转矩大小与方向。

三、运行特性：非线性、脉冲转矩与调速范围

SRM 的相电感随转子位置周期性变化，且由于磁路饱和，电感与电流呈强非线性关系。其转矩可近似表示为：

T = (1/2) · i² · dL/dθ

其中 i 为相电流，L 为相电感，θ 为转子位置角。该式表明：转矩大小取决于电流平方和电感变化率。在电感上升区，dL/dθ > 0，产生正向转矩；在电感下降区，dL/dθ < 0，产生负向转矩。由于每相只在部分角度区间出力，多相转矩叠加后仍呈周期性脉动，这是 SRM 的固有特征。

在调速特性上，SRM 具有较宽的恒功率区和高速区。低速时采用电流斩波控制（CCC），限制电流峰值以保护功率器件；高速时反电动势增大，电流无法跟踪参考值，进入单脉冲控制模式，通过调节开通角和关断角实现弱磁扩速。这种“低速斩波、高速角度控制”的双模式策略，是 SRM 驱动系统的基本框架。

四、常见应用场景与典型误区

由于结构简单、成本低、耐高温、容错性强，SRM 在多个领域具有竞争力。常见应用包括：家用电器中的高速吸尘器电机、电动工具、纺织机械、矿山牵引电机、电动汽车增程器与辅助驱动、航空起动发电机等。尤其在需要宽调速、高转速或恶劣环境运行的场合，SRM 的优势较为突出。

但在实际应用中，初学者容易陷入几个误区。第一，把 SRM 当作“方波无刷直流电机”来理解，忽略其电感非线性与脉冲转矩本质；第二，认为转子无绕组就“没有损耗”，忽视定子铜耗和铁耗在高速下的显著增加；第三，在低速时只关注平均转矩，忽略电流斩波带来的转矩脉动和噪声；第四，换相角设置过于保守，导致相间转矩重叠不足，反而放大脉动。