开关磁阻电机优势显著,大规模应用仍可期

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开关磁阻电机优势显著,大规模应用仍可期

开关磁阻电机是继变频调速、无刷直流电机之后发展起来的最新一代无级调速电机,是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它兼具直流、交流两类调速系统的优点,虽然目前是市场应用不是很广,但是在特定行业,开关磁阻电机依然有很大的应用前景。

优点:开关磁阻电机由于其独特的结构,具有很多优点,具体如下:

1、结构简单、成本低、可用于高速运转

开关磁阻电机的结构比鼠笼式感应电机更简单,尤其是其转子没有绕组,因此不会有鼠笼感应电机制造过程中铸造不良和使用过程中的断条等问题。而且转子强度极高,可用于超高速运转,转速可达数万转甚至10万转。

2、功率电路简单可靠

因为开关磁阻电机转矩方向与绕组电流方向无关,即只需单相绕组电流,故功率电路可以做到每相一个功率开关。开关磁阻电机调速系统中每个功率开关器件均直接与电机绕组相串联,从根本上避免了直通短路现象,既降低了成本,又有较高的工作可靠性。

3、系统可靠性高

从电机的电磁结构上看,各项绕组和磁路相互独立,各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。从控制结构上看,各相电路各自给一相绕组供电,一般也是相互独立工作。

4、起动转矩大,起动电流低

开关磁阻电机的起动电流为额定电流的15%时,获得起动转矩为100%的额定转矩;起动电流为额定电流的30%时,起动转矩可达其额定转矩的250%。而其他调速系统就要差很多,如直流电机为100%的电流,鼠笼感应电机为300%的电流,才能获得100%的转矩,因此开关磁阻电机系统十分适合那些需要重载起动和较长时间低速重载运行的机械,如煤炭、冶金、石油等行业。

5、适用于频繁起停及正反向转换运行

开关磁阻电机具有高起动转矩、低起动电流的特点,使之在起动过程中电流冲击小,电机和控制器发热较连续额定运行时还要小,适用于频繁起停及正反向转换运行,次数可达1000次/小时。

6、可控参数多,调速性能好

控制开关磁阻电机的主要运行参数和常用方法至少有四种:相导通角、相关断角、相电流幅值、相绕组电压。可控参数多,意味着控制灵活方便,可以根据对电机的运行要求和电机的情况,采取不同控制方法和参数值,即可使之运行于最佳状态(如出力最大、效率最高等),还可使之实现各种不同的功能的特定曲线。

7、效率高,损耗小

开关磁阻电机系统是一种非常高效的调速系统。这是因为一方面电机绕组无铜损;另一方面电机可控参数多,灵活方便,易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制,系统在不同转速和不同负载下的效率均比变频器系统高,一般要高5-10个百分点。

二、缺点

尽管开关磁阻电机具有很多优点,但其缺点也很显著,具体如下:

有转矩脉动。从工作原理可知,开关磁阻电机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而成的,由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响,合成转矩不是恒定转矩,而有一定的谐波分量,这影响了开关磁阻电机的低速运行性能。
开关磁阻电机传动系统的噪声与震动比一般电机大。
开关磁阻电机的出线头较多,如三相开关磁阻电机至少有四根出线头,四相开关磁阻电机至少有五根出线头,而且还有位置检测器出线端。

三、应用领域

瑕不掩瑜,开关磁阻电机凭借其突出的优点,目前已应用于电动汽车、通用工业、工程机械、家用电器、航空电气、传动设备和纺织机械等领域,尤其是电动汽车和家电领域,尽管开关磁阻电机的市场占比还很小,但是未来应用前景依然很好。

1、电动汽车

开关磁阻电机最初的应用领域就是电动汽车。目前电动汽车驱动电机主要有永磁同步和异步电机两种,然而采用开关磁阻电机驱动亦有其独特的优势。开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固,适合于高速运行,并且驱动电路简单、成本低、性能可靠,在宽广的转速范围内效率都较高,且可以方便地实现四象限控制。这些特点使开关磁阻电机驱动系统适合电动汽车的各种工况下运行,是电动车辆中很有潜力的一种电机。尤其是对噪音和震动要求较低的大巴和货车领域,开关磁阻电机具有很大的应用前景,具体表现在以下各个方面:

(1)开关磁阻电机不仅效率高,而且在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率,这是其它类型驱动系统难以达到的。
(2)开关磁阻电机很容易通过采用适当的控制策略和系统设计满足电动车四象限运行的要求,并且还能在高速运行区域保持强有力的制动能力。
(3)开关磁阻电机有很好的散热特性,从而能以小的体积取得较大的输出功率,减小电机体积和重量。
(4)开关磁阻电机无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠,无需或很少需要维护,适用于各种恶劣、高温环境,具有很好的适应性。

2、家电行业

随着人们生活水平的提高,洗衣机已逐渐深入千家万户,洗衣机也经历了手动机械洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机的发展过程,并不断智能化。洗衣机电机也由简单的有级调速电机发展为无级调速电机。开关磁阻电机由于低成本、高性能、智能化的优点,目前已开始应用于洗衣机,在美国高档洗衣机中已小批量采用,优点显著:很低的洗涤速度、良好的衣物分布性、滚筒平衡性好、快速安全停机、软启动、电流限幅、最大速度高、低速转矩大、机械特性易调整、对水温、水流等易于智能控制。

四、优点开关磁阻电机的发展趋势展望

作为一种新型调速驱动系统,开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性,愈来愈得到人们的认可和应用。目前已成功应用于电动汽车、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。

五、国内开关磁阻电机企业

目前国内的开关磁阻电机厂商主要集中在山东、北京等地,其中山东科汇电力自动化股份有限公司和北京中纺锐力机电有限公司(被尼得科(北京)传动技术有限公司收购)的开关磁阻电机产品最好,不仅占据国内大部分市场,而且还出口北美、欧洲、东南亚等过,其配套产品主要集中在油田抽油机、锻压机、压力机等为主。

本文转自:开关磁阻电机优势显著,大规模应用仍可期

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