磁阻電機(jī)的工作原理/類型/優(yōu)缺點(diǎn)/應(yīng)用

我們意識(shí)到，每個(gè)電動(dòng)機(jī)都通過(guò)使用基本的電氣原理和電磁來(lái)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。市場(chǎng)上有幾種不同類型的電機(jī)，但選擇使用哪一種或哪一種最適合您的應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性。同步電機(jī)是電機(jī)的一種;另一方面，磁阻電機(jī)是在磁阻下運(yùn)行的電機(jī)。定子和轉(zhuǎn)子是該發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的兩個(gè)部件。本文介紹了磁阻電機(jī)。

這是一種先進(jìn)的電機(jī)，與普通電動(dòng)機(jī)一樣，具有定子和轉(zhuǎn)子。該電機(jī)使用直接旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) （RPM） 使轉(zhuǎn)子的速度與定子的 RMF 同步。這些電機(jī)以低成本提供高功率密度，使其在各種應(yīng)用中具有吸引力。磁阻電機(jī)的工作理論是，如果將磁性材料放置在磁場(chǎng)內(nèi)，它通常會(huì)以最小的磁阻方式將自己拉入線中。

磁阻電機(jī)的特性包括步進(jìn)形式、定轉(zhuǎn)子極比、額定功率或扭矩、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和恒定轉(zhuǎn)矩速度范圍。磁阻電機(jī)的功率因數(shù)較低，機(jī)器性能從 55% 到 75% 不等。

一、磁阻電機(jī)的工作原理

定子和轉(zhuǎn)子是該發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的部件。這是一對(duì)由氣隙隔開(kāi)的固定組件。電機(jī)結(jié)構(gòu)將根據(jù)電機(jī)類型而有所不同，但基本操作概念將保持不變。固定組件（如定子）包含重要的極對(duì)，這些極對(duì)可以通過(guò)流過(guò)電纜的電流產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子可以由鐵磁金屬制成，并有自己的一組極。

這些磁極與定子磁場(chǎng)的形狀相匹配。當(dāng)轉(zhuǎn)子的突出極與定子的突出極相互作用時(shí)，轉(zhuǎn)子處于最不適應(yīng)的位置。因此，這一端的磁阻較低。當(dāng)定子極連接到轉(zhuǎn)子的槽或凹口時(shí)，轉(zhuǎn)子處于最大磁阻位置。由于節(jié)能，轉(zhuǎn)子仍將以最小的猶豫向該點(diǎn)行駛。當(dāng)轉(zhuǎn)子未完全對(duì)齊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。該扭矩將通過(guò)將轉(zhuǎn)子拖向相鄰的突出定子極來(lái)引起旋轉(zhuǎn)。

磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程

一旦鐵磁材料被放置在外部磁場(chǎng)內(nèi)，就會(huì)發(fā)生磁阻轉(zhuǎn)矩，使物體通過(guò)外部磁場(chǎng)排列。由于感應(yīng)扭矩，物體內(nèi)部可能會(huì)形成內(nèi)部磁場(chǎng)。

該扭矩是由兩個(gè)場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生的，這兩個(gè)場(chǎng)通過(guò)磁場(chǎng)使線區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)。因此，將扭矩施加到物體上以降低磁通磁阻。由于機(jī)器的顯著性，這種電機(jī)扭矩有時(shí)被稱為顯著性扭矩。要運(yùn)行，該電機(jī)主要依賴于磁阻轉(zhuǎn)矩。因此，可以使用以下近似值來(lái)確定該扭矩。

這些磁極與定子磁場(chǎng)的形狀相匹配。當(dāng)轉(zhuǎn)子的突出極與定子的突出極相互作用時(shí)，轉(zhuǎn)子處于最不適應(yīng)的位置。因此，這一端的磁阻較低。當(dāng)定子極連接到轉(zhuǎn)子的槽或凹口時(shí)，轉(zhuǎn)子處于最大磁阻位置。由于節(jié)能，轉(zhuǎn)子仍將以最小的猶豫向該點(diǎn)行駛。當(dāng)轉(zhuǎn)子未完全對(duì)齊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。該扭矩將通過(guò)將轉(zhuǎn)子拖向相鄰的突出定子極來(lái)引起旋轉(zhuǎn)。

二、類型

1.同步磁阻電機(jī)

使用三相定子繞組以及轉(zhuǎn)子來(lái)實(shí)現(xiàn)突出的轉(zhuǎn)子極和內(nèi)部磁通壁，使這些電機(jī)能夠以同步速度精確運(yùn)行。在重要極點(diǎn)附近，轉(zhuǎn)子經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整的鼠籠，這有助于感應(yīng)的自啟動(dòng)效果。當(dāng)電機(jī)開(kāi)啟時(shí)，通過(guò)感應(yīng)將其驅(qū)動(dòng)接近同步速度，然后通過(guò)轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)壘產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩將其鎖定為同步。

2.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)

具有某些極的步進(jìn)磁阻電機(jī)稱為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。由于其基本配置，該電機(jī)的構(gòu)造成本低于電動(dòng)機(jī)。由于它無(wú)需機(jī)械換向器即可運(yùn)行，因此這些電機(jī)通常用于爆炸性條件，例如轉(zhuǎn)子長(zhǎng)時(shí)間閑置的礦井。與由逆變器操作的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，這些電動(dòng)機(jī)相位繞組彼此電氣分離，從而具有更高的容錯(cuò)性。

所謂開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，是指電機(jī)各相磁路的磁阻隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。因此，電動(dòng)汽車電機(jī)的磁場(chǎng)能量也會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的位置而變化，可以隨著磁能的介質(zhì)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。只有這樣，電源才能按相序循環(huán)，以保持轉(zhuǎn)子沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能。因此，應(yīng)有一個(gè)可控的開(kāi)關(guān)電路，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置合理、周期性地打開(kāi)和關(guān)閉各相電路，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子沿一定方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能。

它遵循磁通量始終沿磁導(dǎo)率最大的路徑閉合的原理，產(chǎn)生磁拉力以形成具有轉(zhuǎn)矩磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。因此，其結(jié)構(gòu)原理是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻應(yīng)盡可能多地變化，因此開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)采用雙凸極結(jié)構(gòu)，定轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)不同。

可控開(kāi)關(guān)電路是轉(zhuǎn)換器，它與電源和電機(jī)繞組一起構(gòu)成主電源電路。位置檢測(cè)器是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的重要特性部件。它實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，有序有效地控制轉(zhuǎn)換器的工作。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)

（1）定子和轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)簡(jiǎn)稱SR。它是一種特殊類型的同步電機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固無(wú)刷，輸出轉(zhuǎn)矩大。

（2）線圈繞組只需要單向電流

由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的線圈繞組只需要單向電流，因此只需要一個(gè)單極電源轉(zhuǎn)換器即可供電，因此其電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。

（3） 無(wú)位置傳感器

早期開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度控制系統(tǒng)使用位置傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，現(xiàn)在已經(jīng)有沒(méi)有位置傳感器的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)速度控制系統(tǒng)。

（4）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的不足

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器輸出不規(guī)則的電流脈沖，可能產(chǎn)生運(yùn)行噪聲和低速噪聲。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，可在控制方法中進(jìn)一步改進(jìn)。

三、磁阻電機(jī)的特點(diǎn)

1.磁阻電機(jī)的構(gòu)造

其中兩個(gè)環(huán)短路。電機(jī)作為單相感應(yīng)電機(jī)工作，直到定子與單相電源對(duì)齊。離心傳輸分離輔助繞組，直到電機(jī)輸出接近最大同步速度。通過(guò)主繞組操作，電機(jī)像單相電機(jī)一樣加速。

一旦電機(jī)速度接近同步速度，轉(zhuǎn)子就會(huì)傾向于在磁阻最小的位置自行連接，從而產(chǎn)生扭矩。結(jié)果，轉(zhuǎn)子同步拖動(dòng)。為了獲得適當(dāng)?shù)男?，?fù)載慣性必須保持在可接受的范圍內(nèi)。感應(yīng)轉(zhuǎn)矩在同步時(shí)會(huì)消失，但由于同步磁阻時(shí)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將保持同步。

2.磁阻電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)勢(shì)：

（1） 不需要直流電源。

（2） 特性穩(wěn)定

（3）維護(hù)較少

（4） 熱量少

（5） 無(wú)磁鐵

（6） 速度控制

弊：

1）效率較低

2）功率因數(shù)差

3） 變頻調(diào)速

4）這些電機(jī)的容量較小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)負(fù)載

5）需要較少的慣量轉(zhuǎn)子。

四、磁阻電機(jī)的應(yīng)用

信號(hào)設(shè)備

控制設(shè)備

自動(dòng)調(diào)節(jié)器

錄音設(shè)備

時(shí)鐘

遠(yuǎn)程打印機(jī)

留聲機(jī)

模擬電表

電動(dòng)汽車

電動(dòng)工具，如鉆床、帶鋸和壓力機(jī)