開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)勢(shì)、缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

近年來(lái)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)逐漸走進(jìn)了市場(chǎng)，因?yàn)樵撾姍C(jī)具有其他電機(jī)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，所以逐漸成為了市場(chǎng)未來(lái)發(fā)展的主要方向，目前已成功地應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器和紡織機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域。那么開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)勢(shì)到底是什么呢?讓我們一起來(lái)了解一下吧!

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是以現(xiàn)代電力電子與微機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它是由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和微機(jī)智能控制器兩部分組成，其特點(diǎn)是效率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣，無(wú)沖擊起動(dòng)電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，控制靈活等特點(diǎn)。1998年，我國(guó)把發(fā)展電動(dòng)機(jī)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(guó)節(jié)能法》中，國(guó)家發(fā)改委“電動(dòng)機(jī)節(jié)能計(jì)劃”明確提出：提高電動(dòng)機(jī)15-20%的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)電1000億kWh/年。因此，該種電機(jī)被廣泛用于運(yùn)輸車輛驅(qū)動(dòng)、龍門(mén)刨、鍛壓設(shè)備等需要重載起動(dòng)，頻繁啟動(dòng)，正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。

近幾年，隨著電機(jī)節(jié)能理念的逐漸深入，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)由于具有以下的特點(diǎn)，其正在應(yīng)用于各種場(chǎng)合。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)：

一、效率高，節(jié)能效果好。經(jīng)過(guò)測(cè)試，其整體效率比交流異步電動(dòng)機(jī)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(jí)調(diào)速、電磁調(diào)速等比較，節(jié)電效果更明顯。

二、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適合重載起動(dòng)和負(fù)載變化明顯且頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合。測(cè)試發(fā)現(xiàn)其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%時(shí)，起動(dòng)電流僅為額定電流的30%，優(yōu)勢(shì)非常明顯

三、調(diào)速范圍廣。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以在低速下長(zhǎng)期運(yùn)行，由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時(shí)要低，解決了變頻調(diào)速電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，還可以根據(jù)實(shí)際靈活設(shè)置最高轉(zhuǎn)速。

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

五、起動(dòng)電流小，避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有軟啟動(dòng)特性，沒(méi)有普通交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(wú)功補(bǔ)償裝置，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)在空載和滿載時(shí)的功率因數(shù)均大于0.98 。

七、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠，能適用于各種惡劣高溫強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境。

八、缺相和過(guò)載時(shí)仍可工作。當(dāng)電源出現(xiàn)缺相、電動(dòng)機(jī)或控制器任一相出現(xiàn)故障時(shí)，電機(jī)輸出功率減少，但仍可運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)超過(guò)負(fù)載120%以上時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速只會(huì)下降，而不會(huì)燒損電動(dòng)機(jī)和控制柜。

九、控制器中功率變換器與電動(dòng)機(jī)繞組串聯(lián)，不會(huì)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(jī)都是優(yōu)缺點(diǎn)并存，任何一種電機(jī)都無(wú)法取代其它所有類型的電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)也具有以下缺點(diǎn)：

1.轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作在脈沖供電方式中，瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，轉(zhuǎn)速很低時(shí)，步進(jìn)狀態(tài)明顯，而且由于其本身的非線性，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的精確控制，在伺服等精密控制場(chǎng)合，SRD與其它類型電機(jī)相比不具有優(yōu)勢(shì)。

2.噪聲：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相繞組輪流導(dǎo)通，徑向力導(dǎo)致定子變形，換相時(shí)更明顯，電機(jī)噪聲大，減小振動(dòng)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(jì)和調(diào)速方法以及電機(jī)結(jié)構(gòu)幾方面進(jìn)行研究加以改進(jìn)，但現(xiàn)在與其它電機(jī)相比，仍然噪聲偏大。

3.位置檢測(cè)器：位置檢測(cè)器使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)變得遜色，降低了系統(tǒng)可靠性，因此探索實(shí)用的無(wú)位置檢測(cè)器的檢測(cè)方案是十分有必要的。目前國(guó)內(nèi)外研究較多的是用定子繞組的瞬態(tài)電感信息來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)位置檢測(cè)器方案，但距實(shí)際應(yīng)用還待進(jìn)一步深入研究。

國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用市場(chǎng)主要包括：

(1) 鍛造機(jī)械：目前，這是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用最成功的場(chǎng)合之一。這一次完全符合上述五個(gè)條件。它具有過(guò)載要求、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速范圍寬、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，完全忽略了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)：噪聲、振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)企業(yè)界，有一種說(shuō)法是鍛造得到了世界。山東科輝公司近年來(lái)在全國(guó)處于領(lǐng)先地位，這與其早期準(zhǔn)確的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和定位是分不開(kāi)的。

(2) 紡織機(jī)械：首先，我們應(yīng)該感謝外國(guó)人的申請(qǐng)。中國(guó)主流進(jìn)口紡織機(jī)械必佳樂(lè)率先采用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，這讓國(guó)內(nèi)織機(jī)制造商自然認(rèn)可開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。自2009年以來(lái)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)逐漸在劍桿織機(jī)和毛巾織機(jī)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(dòng)快(電機(jī)可通過(guò)旋轉(zhuǎn)3圈從零轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速)，且無(wú)振動(dòng)和噪聲要求。國(guó)外織機(jī)使用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是四相8/6極電機(jī)，而我國(guó)早期使用的是三相12/8極電機(jī)。目前，我國(guó)也引進(jìn)了四相電機(jī)，這可能會(huì)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)從未在紡織機(jī)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(hù)一直是國(guó)家戰(zhàn)略布局的重點(diǎn)。在抽油機(jī)、煤礦輸送帶等場(chǎng)合使用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)后，效果仍然明顯。近年來(lái)，勝利油田、中原油田和長(zhǎng)慶油田都進(jìn)行了改造項(xiàng)目，總體上滿足了改造要求，但油田市場(chǎng)是國(guó)有企業(yè)的陣地，你知道，目前很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣。至于煤礦，對(duì)于北京中房來(lái)說(shuō)，很難取得成功或失敗。這些年是煤炭的淡季，很難擴(kuò)大規(guī)模。

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

(5) 電動(dòng)汽車：對(duì)于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)來(lái)說(shuō)，提到電動(dòng)汽車的應(yīng)用可能是一件痛苦的事情。無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，最早的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)原型都是為電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)的。他們看好開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、加速性能好的優(yōu)點(diǎn)，非常適合電動(dòng)汽車的應(yīng)用。華中科技大學(xué)和北京中紡公司聯(lián)合安裝了20輛武漢混合動(dòng)力客車用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，并進(jìn)行了長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)，取得了良好的效果。然而，由于噪聲和功率密度問(wèn)題，近年來(lái)電動(dòng)汽車市場(chǎng)基本上被永磁電機(jī)占據(jù)，這也與中國(guó)永磁電機(jī)價(jià)格低廉有關(guān)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，永磁體是不可再生資源，無(wú)法滿足電動(dòng)汽車巨大的市場(chǎng)需求。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)從業(yè)者應(yīng)該繼續(xù)深入挖掘，等待花朵盛開(kāi)。

(6) 其他場(chǎng)合：近年來(lái)，生產(chǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的企業(yè)逐漸增多，企業(yè)也紛紛出海施展才華。他們?cè)诓煌膱?chǎng)合嘗試過(guò)。最簡(jiǎn)單的節(jié)能改造場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī)、水泵等，以及球磨機(jī)、推拉門(mén)、剪切機(jī)、起動(dòng)器/發(fā)電機(jī)、注塑機(jī)等，也取得了一定的效果，但目前這些場(chǎng)合的使用規(guī)模仍然較小。未來(lái)能否在全行業(yè)推廣還需觀察。

結(jié)論：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是近30年發(fā)展起來(lái)的一種新型調(diào)速系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)也很明顯。為了吸引投資，個(gè)別制造商試圖用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)取代普通異步電機(jī)(或創(chuàng)新計(jì)劃)是不現(xiàn)實(shí)的。如何結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)，充分發(fā)揮開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，避免或減少其缺點(diǎn)帶來(lái)的弊端，是科研人員應(yīng)該不斷努力的方向!

審核編輯：湯梓紅