三類同步電機(jī)特色各異的性能與應(yīng)用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）電機(jī)品種繁多，普遍有兩種分類方式：按照控制方式可以分為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和力矩電機(jī)等；按照驅(qū)動方式分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，其中交流電機(jī)按照轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動是否同步可以分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。

同步電機(jī)作為交流電機(jī)中重要的門類，在相當(dāng)多領(lǐng)域都有其應(yīng)用。在工業(yè)領(lǐng)域高精度應(yīng)用里同步電機(jī)備受青睞，現(xiàn)在熱門的電動汽車領(lǐng)域也有不少它的身影，如比亞迪電動汽車的電機(jī)系統(tǒng)就偏愛同步電機(jī)。同步電機(jī)具備哪些獨特的優(yōu)勢又在如何發(fā)展呢？

小體積大功率的同步電機(jī)

同步電機(jī)最直接的特征就是同步，完全被不同于異步電機(jī)。即當(dāng)處于穩(wěn)態(tài)時，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。這一特性需要通過恒定磁場和旋轉(zhuǎn)磁場之間的相互作用來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)子通直流電產(chǎn)生極性恒定的靜止磁場，定子通三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速僅僅和電頻率以及電機(jī)極對數(shù)相關(guān)，極對數(shù)是確定的，在電頻率不變的穩(wěn)態(tài)下電機(jī)轉(zhuǎn)速固定。這也是為什么高精度應(yīng)用青睞同步電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速只需要通過改變電頻率就可以精準(zhǔn)控制。

在發(fā)電機(jī)應(yīng)用上同步電機(jī)的功率因數(shù)優(yōu)勢獨具一格。而作為電動機(jī)應(yīng)用，在同重量和體積下，同步電機(jī)能給到更大的功率和扭矩。這一特點在永磁同步電機(jī)上表現(xiàn)的很明顯。這也是一些車廠會選擇永磁同步電機(jī)作為核心電機(jī)的原因，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用可以給動力電池留出足夠的空間，整車質(zhì)量也更容易減輕。

而且，同步電機(jī)運行起來也相對安靜。但退磁這個問題一直讓人困擾，沒有特別好的解決辦法。

三大同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)自然是同步電機(jī)里最受關(guān)注的品類，但其實同步電機(jī)里還有磁阻同步電機(jī)和磁滯同步電機(jī)一直在發(fā)展更新。

永磁同步電機(jī)不用做過多介紹，是現(xiàn)在高能效電機(jī)的代表、高精度定速驅(qū)動的理想選擇，非常適用于直接驅(qū)動大馬力的負(fù)載。永磁同步電機(jī)高昂的成本和復(fù)雜的加工工藝帶來的轉(zhuǎn)矩密度、效率、功率因數(shù)也遙遙領(lǐng)先于其他同步電機(jī)。

永磁同步電機(jī)性能雖好但成本并不友好，磁阻同步電機(jī)的誕生正源于對低成本高性能電機(jī)的需求。隨著電子器件和磁場定向控制技術(shù)的進(jìn)步，同步磁阻電機(jī)在相當(dāng)多應(yīng)用場合得到了應(yīng)用。目前已經(jīng)有廠商的產(chǎn)品能做到不使用稀土磁體但能替代永磁同步電機(jī)的性能指標(biāo)。

磁阻同步電機(jī)利用轉(zhuǎn)子在不同位置引起的磁阻變化產(chǎn)生的磁拉力形成磁阻轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行運動。在控制技術(shù)的進(jìn)步下，同步磁阻電機(jī)現(xiàn)在有著成本低、效率穩(wěn)定、轉(zhuǎn)矩脈動小、可靠性高的特點，在永磁同步電機(jī)的性能和異步電機(jī)的簡單易用特點上做了結(jié)合，很契合對成本控制嚴(yán)格，又對性能有一定要求的場景。

現(xiàn)在磁阻同步電機(jī)的性能在材料、器件、控制技術(shù)的發(fā)展下性能越來越好，在電動汽車?yán)锏膽?yīng)用也在不斷探索中。

而磁滯同步電機(jī)，則是同步電機(jī)家族中功率最小的那一類。磁滯同步電機(jī)利用轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩啟動和運行。磁滯效應(yīng)是普遍存在于磁材料中，實現(xiàn)起來并不復(fù)雜，磁滯特性好的材料即可用于磁滯同步電機(jī)。

它最大的特點是結(jié)構(gòu)簡單啟動方便，除此之外不論是效率還是瞬態(tài)穩(wěn)定性都比較差，會在一些要求轉(zhuǎn)速恒定的場合有特定的應(yīng)用。

小結(jié)

三大類同步電機(jī)正好對應(yīng)了同步電機(jī)的高中低端應(yīng)用，永磁同步電機(jī)成本高對永磁材料要求嚴(yán)苛，其性能也是遠(yuǎn)超其他同步電機(jī)，磁滯同步電機(jī)在小功率恒定轉(zhuǎn)速的應(yīng)用里也有著其優(yōu)勢。而磁阻同步電機(jī)在不斷的優(yōu)化發(fā)展下，在可控的成本里實現(xiàn)了越來越高的性能，未來應(yīng)用前景很廣闊。