工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)主要應(yīng)用的電機(jī)產(chǎn)品對(duì)比分析

導(dǎo)語(yǔ)

工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，中小型三相異步電機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)產(chǎn)品，不同的電機(jī)有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，隨著電機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)電機(jī)工作原理研究的不斷深入，目前還出現(xiàn)了許多新型的電機(jī)，包括稀土永磁電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)，同步磁阻電機(jī)等。

一、 各類電機(jī)簡(jiǎn)單介紹

中小型三相異步電機(jī)是目前工業(yè)應(yīng)用最廣泛的電機(jī)產(chǎn)品。三相異步電機(jī)是交流電機(jī)的一種，又稱感應(yīng)電機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、堅(jiān)固耐用，維修方便、成本較低、價(jià)格便宜等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航天、科研、建筑、交通以及人們的日常生活中。但它的功率因數(shù)較低，在應(yīng)用上受到了一定的限制。 1、三相異 步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 準(zhǔn)備一臺(tái)待拆卸的三相異步電機(jī)，從外到里看它的結(jié)構(gòu)。圖6-1是三相異步電機(jī)的外形圖和剖視圖。

從電機(jī)外部可以看到風(fēng)扇罩、風(fēng)扇、左右端蓋、銘牌、接線盒。打開接線盒，可以看到接線柱和引出線。拆下風(fēng)扇罩、風(fēng)扇、端蓋，抽出轉(zhuǎn)子，可以看到電機(jī)內(nèi)部定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸、軸承等零部件。定子鐵心裝載機(jī)座里，轉(zhuǎn)子鐵心裝在軸上。定子鐵芯上有線圈（繞組），轉(zhuǎn)子鐵心里鑄有籠形鋁條。繞線形轉(zhuǎn)子鐵心中有轉(zhuǎn)子繞組。 可見(jiàn)，電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是由固定不動(dòng)的部分一定子和轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)子以及其他零部件組成的，如圖6-2所示。

稀土永磁電機(jī)是70年代初期出現(xiàn)的一種新型永磁電機(jī)，稀土永磁材料的磁性能優(yōu)異，它經(jīng)過(guò)充磁后不再需要外加能量就能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng)，用來(lái)替代傳統(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁場(chǎng)所制成的稀土永磁電機(jī)不僅效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，還可做到體積小、重量輕。既可達(dá)到傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)所無(wú)法比擬的高性能（如特高效、特高速、特高響應(yīng)速度），又可以制成能滿足特定運(yùn)行要求的特種電機(jī)。

高性能稀土永磁電機(jī)是許多新技術(shù)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。它與電力電子技術(shù)和微電子控制技術(shù)相結(jié)合，可以制造出各種性能優(yōu)異的機(jī)電一體化產(chǎn)品，如數(shù)控機(jī)床，加工中心，柔性生產(chǎn)線，機(jī)器人，電動(dòng)車，高性能家用電器，計(jì)算機(jī)等等。 隨著永磁同步電機(jī)的發(fā)展，高溫、高真空、電動(dòng)汽車用、內(nèi)裝逆變器、低速大轉(zhuǎn)矩和自起動(dòng)等高效永磁同步電動(dòng)機(jī)，都逐步進(jìn)入一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域。緣于不同工況對(duì)于電機(jī)的特定性能要求，永磁電機(jī)的總體發(fā)展方向，也逐步呈現(xiàn)出一些具體的特征。 大功率和超高速是永磁電機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向 在一定體積前提下，提高電機(jī)的額定功率，就必須大幅度提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速。稀土永磁電機(jī)不需要?jiǎng)?lì)堿繞組，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)部分沒(méi)有發(fā)熱源，不需要冷卻裝置，材料的矯頑力高，氣隙長(zhǎng)度可以取較大值，從而使大幅度提高轉(zhuǎn)速成為可能。 高性能方向發(fā)展 現(xiàn)代化裝備向電機(jī)工業(yè)提出各種各樣的高性能要求，如軍事裝備要求提供給各種高性能信號(hào)電機(jī)，移動(dòng)電站，自動(dòng)化裝備用伺服系統(tǒng)及電機(jī)，航空航天用高性能、高可靠性永磁電機(jī)，化纖設(shè)備用高調(diào)速精度變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)，數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人用高調(diào)速比稀土永磁伺服電機(jī)，計(jì)算機(jī)用高精度擺動(dòng)電機(jī)及主軸電機(jī)等等。向?qū)Ｓ秒姍C(jī)方向發(fā)展。 輕型化方向發(fā)展 航空航天產(chǎn)品，電動(dòng)車輛、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)、視聽(tīng)產(chǎn)品、醫(yī)療器械、便攜式光機(jī)電一體化產(chǎn)品等，都對(duì)電機(jī)提出體積小、重量輕的嚴(yán)格要求。永磁同步電動(dòng)機(jī)以其體積小、節(jié)能、控制性能好、又容易做成低速直接驅(qū)動(dòng)，消除齒輪減速裝置，可通過(guò)頻率的變化進(jìn)行調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，在電梯技術(shù)上得以開發(fā)應(yīng)用。

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（Switched Reluctance Drive ：SRD）是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究起步較早，并已取得顯著效果，產(chǎn)品功率等級(jí)從數(shù)w直到數(shù)百kw，廣泛應(yīng)用于家用電器、航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)車輛等領(lǐng)域。開關(guān)磁阻電機(jī)的定、 轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，這種加工工藝可盡可能地減小電機(jī)的渦流及磁滯損耗。轉(zhuǎn)子極上既沒(méi)有繞組也沒(méi)有永磁體，更沒(méi)有換向器、滑環(huán)等， 定子極上繞有集中繞組， 徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相， 電機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 開關(guān)磁阻電機(jī)是利用轉(zhuǎn)子磁阻不均勻而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，又稱反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)及工作原理與傳統(tǒng)的交、直流電動(dòng)機(jī)有很大的區(qū)別。它不依靠定、轉(zhuǎn)子繞組電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而是依靠“磁阻最小原理”產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即：“磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，從而產(chǎn)生磁拉力，進(jìn)而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩”和“磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導(dǎo)的本性”。 磁阻式同步電動(dòng)機(jī)，是由同籠型異步電動(dòng)機(jī)演變來(lái)的，其轉(zhuǎn)子設(shè)有籠型鑄鋁繞阻，但設(shè)有與定子極數(shù)相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)槽（僅有凸極部分的作用，無(wú)勵(lì)磁繞組和永久磁鐵），用來(lái)產(chǎn)生磁阻同步轉(zhuǎn)矩。磁阻式同步電動(dòng)機(jī)分為單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式、單相電容起動(dòng)式、單相雙值電容式等多種類型。應(yīng)用領(lǐng)域：磁阻式同步電動(dòng)機(jī)主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等領(lǐng)域。

二、 上述四類電機(jī)的SWOT分析

（1）中小型三相異步電機(jī) 優(yōu)勢(shì)：可靠性高，成本低，技術(shù)成熟度高，市場(chǎng)份額占比高。 劣勢(shì)：普通電機(jī)效率較低，技術(shù)門檻低，競(jìng)爭(zhēng)激烈，技術(shù)創(chuàng)新性不夠。 機(jī)會(huì)：在對(duì)工況可靠性要求高的場(chǎng)所，普通工況場(chǎng)合均可滿足，高效電機(jī)的推廣是節(jié)能工作的重點(diǎn)。 威脅：稀土永磁市場(chǎng)在擴(kuò)大，尤其是在高效電機(jī)市場(chǎng)。

（2）稀土永磁電機(jī) 優(yōu)勢(shì)：不僅效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，還可做到體積小、重量輕。 劣勢(shì)：成本較異步電機(jī)高30%，長(zhǎng)時(shí)間高溫會(huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象。 機(jī)會(huì)：油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)水泵等領(lǐng)域。市場(chǎng)份額逐步擴(kuò)大。 威脅：不能用于功率過(guò)大的場(chǎng)所，主要原因是成本太高、制作工藝有難度。 （3）開關(guān)磁阻電機(jī) 優(yōu)勢(shì)：電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。功率電路簡(jiǎn)單可靠，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流低，適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行，調(diào)速性能好。 劣勢(shì)：噪聲大及低速運(yùn)行時(shí)力矩脈動(dòng)顯著。需配套控制器使用，兩者加起來(lái)成本高。目前可以做到的功率為8kw-400kw，只適用于特殊領(lǐng)域。在通用領(lǐng)域，相比交流異步和直流變頻調(diào)速系統(tǒng)其優(yōu)勢(shì)并不明顯。 機(jī)會(huì)：電動(dòng)車、紡織工業(yè)、焦炭工業(yè)、家電行業(yè)，適用于能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，即需要高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速要求、濕熱環(huán)境及頻繁反正轉(zhuǎn)的領(lǐng)域。 威脅：噪音大的問(wèn)題難克服，發(fā)展受限。 （4）同步磁阻電機(jī) 優(yōu)勢(shì)：與永磁同步電動(dòng)機(jī)相比，在同等功率條件下大大降低了電機(jī)的成本，同時(shí)拓寬了電機(jī)的使用范圍，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子不存在電磁損耗，能避免開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲大及低速運(yùn)行時(shí)力矩脈動(dòng)顯著等缺點(diǎn)。 劣勢(shì)：功率因數(shù)偏低及與同尺寸的異步電動(dòng)機(jī)比較其出力偏小。 機(jī)會(huì)：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等領(lǐng)域。 威脅：處于研究階段。目前的研究均是分馬力電動(dòng)機(jī)，這種微型電動(dòng)機(jī)在交流系統(tǒng)中占不了什么位置。

三、 電機(jī)產(chǎn)品對(duì)比分析

從多個(gè)層面對(duì)各類競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析，目前中小型三相異步電機(jī)依然是技術(shù)最成熟，市場(chǎng)占有率最大的產(chǎn)品，但是未來(lái)要進(jìn)一步優(yōu)化工藝，提高技術(shù)水平，在高效性，緊湊型等方面有進(jìn)一步的提高，才能保持較高的競(jìng)爭(zhēng)性。

審核編輯：郭婷