開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的特點

開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)是以現(xiàn)代電力電子與微機控制技術(shù)為基礎(chǔ)的機電一體化產(chǎn)品。它是由開關(guān)磁阻電動機和微機智能控制器兩部分組成，其特點是效率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣，無沖擊起動電流，起動轉(zhuǎn)矩大，控制靈活等特點。1998年，我國把發(fā)展電動機調(diào)速節(jié)能和電力電子節(jié)電技術(shù)納入《中華人民共和國節(jié)能法》中，國家發(fā)改委“電動機節(jié)能計劃”明確提出：提高電動機15-20%的效率，實現(xiàn)節(jié)電1000億kWh/年。因此，該種電機被廣泛用于運輸車輛驅(qū)動、龍門刨、鍛壓設(shè)備等需要重載起動，頻繁啟動，正反轉(zhuǎn)的場合。

近幾年，隨著電機節(jié)能理念的逐漸深入，開關(guān)磁阻電機由于具有以下的特點，其正在應(yīng)用于各種場合。開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的特點：

一、效率高，節(jié)能效果好。經(jīng)過測試，其整體效率比交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)至少高3%以上，低速下能提高至少10%，與直流調(diào)速、串級調(diào)速、電磁調(diào)速等比較，節(jié)電效果更明顯。

二、起動轉(zhuǎn)矩大，適合重載起動和負載變化明顯且頻繁啟動的場合。測試發(fā)現(xiàn)其啟動轉(zhuǎn)矩達額定轉(zhuǎn)矩的150%時，起動電流僅為額定電流的30%，優(yōu)勢非常明顯

三、調(diào)速范圍廣。開關(guān)磁阻電機可以在低速下長期運行，由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時要低，解決了變頻調(diào)速電機低速運行時電動機發(fā)熱問題，還可以根據(jù)實際靈活設(shè)置最高轉(zhuǎn)速。

四、可頻繁正、反轉(zhuǎn)起動停止，系統(tǒng)調(diào)控性好，制動性好，能實現(xiàn)再生制動，節(jié)電效果顯著。

五、起動電流小，避免對電網(wǎng)的沖擊。開關(guān)磁阻電機具有軟啟動特性，沒有普通交流電動機起動電流大于5-7倍額定電流的現(xiàn)象。

六、功率因數(shù)高，不需增加無功補償裝置，測試發(fā)現(xiàn)，開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)在空載和滿載時的功率因數(shù)均大于0.98 。

七、電機結(jié)構(gòu)簡單、牢固、制造工藝簡單、成本低、工作可靠，能適用于各種惡劣高溫強震動環(huán)境。

八、缺相和過載時仍可工作。當電源出現(xiàn)缺相、電動機或控制器任一相出現(xiàn)故障時，電機輸出功率減少，但仍可運行。當系統(tǒng)超過負載120%以上時，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速只會下降，而不會燒損電動機和控制柜。

九、控制器中功率變換器與電動機繞組串聯(lián)，不會出現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)功率變換器可能出現(xiàn)的直通故障，可靠性大為提高。

目前的電機都是優(yōu)缺點并存，任何一種電機都無法取代其它所有類型的電機，開關(guān)磁阻電機也具有以下缺點：

1.轉(zhuǎn)矩脈動：開關(guān)磁阻電機工作在脈沖供電方式中，瞬時轉(zhuǎn)矩脈動大，轉(zhuǎn)速很低時，步進狀態(tài)明顯，而且由于其本身的非線性，導致轉(zhuǎn)矩控制困難。盡管目前研究SRD直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等文章較多，但仍難以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的精確控制，在伺服等精密控制場合，SRD與其它類型電機相比不具有優(yōu)勢。

2.噪聲：開關(guān)磁阻電機相繞組輪流導通，徑向力導致定子變形，換相時更明顯，電機噪聲大，減小振動和噪聲是重要的研究課題，很多科研人員正在從電磁參數(shù)設(shè)計和調(diào)速方法以及電機結(jié)構(gòu)幾方面進行研究加以改進，但現(xiàn)在與其它電機相比，仍然噪聲偏大。

3.位置檢測器：位置檢測器使得結(jié)構(gòu)簡單的開關(guān)磁阻電機變得遜色，降低了系統(tǒng)可靠性，因此探索實用的無位置檢測器的檢測方案是十分有必要的。目前國內(nèi)外研究較多的是用定子繞組的瞬態(tài)電感信息來實現(xiàn)無位置檢測器方案，但距實際應(yīng)用還待進一步深入研究。

國內(nèi)開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用市場主要包括：

（1） 鍛造機械：目前，這是開關(guān)磁阻電機應(yīng)用最成功的場合之一。這一次完全符合上述五個條件。它具有過載要求、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速范圍寬、節(jié)能等優(yōu)點，完全忽略了開關(guān)磁阻電機的缺點：噪聲、振動和轉(zhuǎn)矩脈動。在開關(guān)磁阻電機企業(yè)界，有一種說法是鍛造得到了世界。山東科輝公司近年來在全國處于領(lǐng)先地位，這與其早期準確的市場開發(fā)和定位是分不開的。

（2） 紡織機械：首先，我們應(yīng)該感謝外國人的申請。中國主流進口紡織機械必佳樂率先采用開關(guān)磁阻電機，這讓國內(nèi)織機制造商自然認可開關(guān)磁阻電機。自2009年以來，開關(guān)磁阻電機逐漸在劍桿織機和毛巾織機上占有一席之地。紡織應(yīng)用滿足上述1、3和5的條件，節(jié)能、啟動快（電機可通過旋轉(zhuǎn)3圈從零轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速），且無振動和噪聲要求。國外織機使用的開關(guān)磁阻電機是四相8/6極電機，而我國早期使用的是三相12/8極電機。目前，我國也引進了四相電機，這可能會逐步消除紡織行業(yè)的三相12/8結(jié)構(gòu)。奇怪的是，北京中紡公司出生在紡織研究院。然而，北京中紡的開關(guān)磁阻電機從未在紡織機械上推廣。相反，山東、深圳、杭州等公司在紡織行業(yè)得到了更好的推廣。

（3） 油田和煤礦：能源和環(huán)境保護一直是國家戰(zhàn)略布局的重點。在抽油機、煤礦輸送帶等場合使用開關(guān)磁阻電機后，效果仍然明顯。近年來，勝利油田、中原油田和長慶油田都進行了改造項目，總體上滿足了改造要求，但油田市場是國有企業(yè)的陣地，你知道，目前很難實現(xiàn)大規(guī)模推廣。至于煤礦，對于北京中房來說，很難取得成功或失敗。這些年是煤炭的淡季，很難擴大規(guī)模。

（4） 小家電：這方面主要關(guān)注高速開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用。國外真空吸塵器、烹飪機、破壁機和洗衣機大量使用開關(guān)磁阻電機，性能顯著提高，數(shù)量大，范圍廣。然而，在這方面，國內(nèi)只有少數(shù)新聞提到原型的開發(fā)，而且還沒有看到大規(guī)模的應(yīng)用，也許成本價格是限制這些場合推廣的主要瓶頸。

（5） 電動汽車：對于開關(guān)磁阻電機來說，提到電動汽車的應(yīng)用可能是一件痛苦的事情。無論是在國內(nèi)還是國外，最早的開關(guān)磁阻電機原型都是為電動汽車開發(fā)的。他們看好開關(guān)磁阻電機起動轉(zhuǎn)矩大、加速性能好的優(yōu)點，非常適合電動汽車的應(yīng)用。華中科技大學和北京中紡公司聯(lián)合安裝了20輛武漢混合動力客車用開關(guān)磁阻電機，并進行了長期運行試驗，取得了良好的效果。然而，由于噪聲和功率密度問題，近年來電動汽車市場基本上被永磁電機占據(jù)，這也與中國永磁電機價格低廉有關(guān)。從長遠來看，永磁體是不可再生資源，無法滿足電動汽車巨大的市場需求。開關(guān)磁阻電機從業(yè)者應(yīng)該繼續(xù)深入挖掘，等待花朵盛開。

（6） 其他場合：近年來，生產(chǎn)開關(guān)磁阻電機的企業(yè)逐漸增多，企業(yè)也紛紛出海施展才華。他們在不同的場合嘗試過。最簡單的節(jié)能改造場合，如風機、水泵等，以及球磨機、推拉門、剪切機、起動器/發(fā)電機、注塑機等，也取得了一定的效果，但目前這些場合的使用規(guī)模仍然較小。未來能否在全行業(yè)推廣還需觀察。

結(jié)論：開關(guān)磁阻電機是近30年發(fā)展起來的一種新型調(diào)速系統(tǒng)。它的優(yōu)點和缺點也很明顯。為了吸引投資，個別制造商試圖用開關(guān)磁阻電機取代普通異步電機（或創(chuàng)新計劃）是不現(xiàn)實的。如何結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用的特點，充分發(fā)揮開關(guān)磁阻電機的優(yōu)點，避免或減少其缺點帶來的弊端，是科研人員應(yīng)該不斷努力的方向！

責任編輯：彭菁