同步磁阻電機(jī)的基本概念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一種像磁阻電機(jī)這樣的電動(dòng)機(jī)包含一個(gè)不包括任何繞組的鐵磁轉(zhuǎn)子，但它會(huì)感應(yīng)出非永久磁極，該轉(zhuǎn)子利用磁阻產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種電機(jī)是單獨(dú)勵(lì)磁電機(jī)，該電機(jī)使用的轉(zhuǎn)子是非對(duì)稱轉(zhuǎn)子。

目前磁阻電機(jī)有不同類型，主要包括同步磁阻電機(jī)、可變磁阻電機(jī)、開關(guān)磁阻和可變步進(jìn)磁阻電機(jī)。在本文中，小編將簡單介紹下同步磁阻電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)等內(nèi)容。

基本概念

同步磁阻電動(dòng)機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)的一種，該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由于通過轉(zhuǎn)子的直軸和正交軸的磁導(dǎo)率的差異，它沒有永磁體或勵(lì)磁繞組。目前，這種類型的電機(jī)由于其簡單而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)而變得非常流行，成為電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的一種選擇。

同步磁阻電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)主在于不存在籠型轉(zhuǎn)子的損耗，因?yàn)榕c相同尺寸的IM(感應(yīng)電機(jī))相比，該電機(jī)允許更高的永久扭矩。

同步磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

與感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，基于磁場的控制算法簡單。

準(zhǔn)確的扭矩是可以合理設(shè)計(jì)的，不會(huì)影響轉(zhuǎn)子的溫度。

與感應(yīng)電機(jī)和永磁體等其他電機(jī)相比，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子成本低。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

同步磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于凸極同步電機(jī)。該電機(jī)的轉(zhuǎn)子不包括任何勵(lì)磁繞組，但定子包括三相對(duì)稱繞組。該繞組將在氣隙內(nèi)產(chǎn)生正弦旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)磁場時(shí)，可產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)子具有使轉(zhuǎn)子在最小磁阻位置處通過定子磁場連接的趨勢。

目前在磁阻電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)可以使用軸向內(nèi)的鐵片來完成，鐵片通過非磁性材料分隔。這種電機(jī)性能類似于感應(yīng)電機(jī)，但與感應(yīng)電機(jī)相比，它的效率可能更高，因?yàn)檗D(zhuǎn)子內(nèi)沒有銅損，簡單，成本更低，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。

該電機(jī)主要設(shè)計(jì)用于大功率應(yīng)用，主要可以分為：

軸向?qū)訅?/p>

徑向?qū)訅?/p>

磁阻電機(jī)主要用于以較低的成本提供極高的功率密度，使其非常適合多種應(yīng)用。主要缺點(diǎn)是一旦在較低速度下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，并通過轉(zhuǎn)矩波動(dòng)引起噪聲。另外，該電機(jī)的定子主要包括電磁凸極，相當(dāng)于BLDC電機(jī)。

同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子包括軟磁材料，如疊層硅鋼。這種材料包括多個(gè)突起，它們的工作方式類似于具有磁阻的凸磁極。與電機(jī)中的定子磁極相比，轉(zhuǎn)子磁極更少，從而減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)并通過完全連接來停止磁極。

一旦轉(zhuǎn)子磁極位于兩個(gè)相鄰定子磁極的中間，則轉(zhuǎn)子磁極完全處于未對(duì)準(zhǔn)的位置。對(duì)于轉(zhuǎn)子磁極來說，這是磁阻的最大位置。在對(duì)齊的位置，許多轉(zhuǎn)子磁極與幾個(gè)定子磁極完全連接并且處于磁阻較小的位置。

當(dāng)定子磁極被激活，那么轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩將以某種方式降低磁阻。因此，可以將相鄰的轉(zhuǎn)子磁極從未連接位置拉出，通過定子磁場連接。為了保持旋轉(zhuǎn)，定子磁場應(yīng)通過不斷拉動(dòng)轉(zhuǎn)子而在轉(zhuǎn)子磁極之前轉(zhuǎn)動(dòng)。

某些類型的電動(dòng)機(jī)的替代品將使用三相交流電源運(yùn)行。目前大多數(shù)可用的設(shè)計(jì)都是開關(guān)磁阻型，因?yàn)?a target="_blank">電子換向?yàn)閱?dòng)電機(jī)、電機(jī)速度控制和平穩(wěn)運(yùn)行提供了重要的控制優(yōu)勢。

同步磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)是在同步速度下效率高，無需使用稀土永磁體材料。這些電機(jī)主要允許通過特定的轉(zhuǎn)子疊片設(shè)計(jì)連接的分布式正弦交流定子繞組，并且通過簡單、慣性較小的旋轉(zhuǎn)組件設(shè)計(jì)提供同步速度操作。同步磁阻電機(jī)適用于需要高效運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩較小的應(yīng)用。

工作原理

同步磁阻電機(jī)的定子包括一個(gè)稱為主繞組的單個(gè)繞組。但是，這個(gè)繞組不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。因此，對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，至少應(yīng)該有兩個(gè)繞組通過特定的相位角分開。因此，電機(jī)的定子包括一個(gè)額外的繞組，稱為輔助繞組。該繞組包括一個(gè)與其串聯(lián)的電容器。

因此，載流繞組之間以及等效磁通之間存在相位差異。這兩個(gè)磁通量響應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這被稱為分相法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁場速度只是同步速度，這個(gè)速度可以通過定子繞組纏繞的極數(shù)來決定。轉(zhuǎn)子裝有短路的銅條或鋁條，它像感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子一樣工作。

如果將鐵部件設(shè)置在磁場中，則它會(huì)在磁阻最小的地方連接以被磁力鎖定。同樣，磁阻電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子試圖通過旋轉(zhuǎn)磁場的軸線在磁阻最小的地方連接自身。但是，由于轉(zhuǎn)子不活動(dòng)，一旦轉(zhuǎn)子停止，就無法實(shí)現(xiàn)。

因此，同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子開始像鼠籠感應(yīng)電機(jī)一樣以接近同步速度旋轉(zhuǎn)。一旦轉(zhuǎn)子的速度同步，那么定子的磁場會(huì)將轉(zhuǎn)子拉到磁阻最小的位置，以保持其磁鎖定。之后，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，其速度相當(dāng)于同步速度。

磁阻扭矩只不過是施加的扭矩，因此，磁阻電機(jī)最終像同步電機(jī)一樣運(yùn)行。當(dāng)然，轉(zhuǎn)子阻力要小，它的組合慣性和負(fù)載必須很低，才能像同步電機(jī)一樣運(yùn)行電機(jī)。

轉(zhuǎn)矩方程

其實(shí)，如果磁體被消磁，則永磁同步電機(jī)和同步磁阻電機(jī)的工作情況相似。同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程如下所示。該方程包括兩個(gè)分量，第一個(gè)分量是因?yàn)榇艌?，所以這個(gè)分量必須去掉，才能得到扭矩方程。

在下式中，另外一個(gè)分量可以定義為磁阻轉(zhuǎn)矩。

因此，磁阻電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可以表示如下：

在上面的等式中，'Te' 是產(chǎn)生的扭矩、'P' 是極數(shù)、'Ψ' 是通過勵(lì)磁電流的感應(yīng)磁鏈、“Lds”是直軸電感、“Lqs”是正交軸電感、'δ' 是扭矩角。

同步磁阻電機(jī)堅(jiān)固耐用，成本低且效率高。這些電機(jī)以極高的速度運(yùn)行。傳統(tǒng)的電機(jī)效率低，功率因數(shù)低，扭矩密度低，因?yàn)橥箻O低，即Ldm/Lqm的比率低。但是，目前通過各向異性設(shè)計(jì)開發(fā)的這些電機(jī)具有高Ldm/Lqm比，這大大提高了功率因數(shù)、效率和扭矩密度。

相量圖

同步磁阻電機(jī)的相量圖如下圖所示。該電機(jī)最重要的特點(diǎn)是它的恒速。一開始，如果轉(zhuǎn)子無法通過定子的磁場連接，那么在這種情況下一般會(huì)想到阻尼繞組，其也用于同步電機(jī)。這些繞組的布置可以在產(chǎn)生阻尼轉(zhuǎn)矩的極靴內(nèi)完成，因?yàn)檗D(zhuǎn)子和定子磁場之間的相對(duì)速度存在差異。

一旦轉(zhuǎn)子無法通過定子連接，就會(huì)發(fā)生這種情況。阻尼轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生取決于楞次定律，可使用該定律解釋其構(gòu)造的原因，即轉(zhuǎn)子和定子磁場之間的速度差異。因此，阻尼轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子的繞組移動(dòng)，從而通過定子磁場被磁性鎖定。之后，轉(zhuǎn)子在其余時(shí)間以同步速度工作。

在上面的同步磁阻電機(jī)的相量圖中，圖中d軸和q軸等兩個(gè)軸是根據(jù)電機(jī)的雙軸理論定義的。同樣，可以定義Vd和Vq，它們是d和q軸上的電壓。這里，γ是“Is”(定子電流)和d軸之間的角度。像轉(zhuǎn)子角一樣，這也可以定義，一旦產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，它就是轉(zhuǎn)子角的作用。

主要優(yōu)缺點(diǎn)

同步磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

具有較小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

該電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以通過使用低成本和高強(qiáng)度的材料來完成。

該電機(jī)的運(yùn)行可以使用標(biāo)準(zhǔn)的PWM交流逆變器來完成。

可以在極高的溫度下工作。

結(jié)構(gòu)既堅(jiān)固又簡單。

具有高速容量。

在該電機(jī)中，零轉(zhuǎn)矩時(shí)不需要?jiǎng)?lì)磁，因此消除了電磁旋轉(zhuǎn)的損耗。

退磁無后顧之憂，因此，與永磁電機(jī)相比，這些電機(jī)更可靠。

由于該電機(jī)的簡單性，它可以在多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中使用，通過一個(gè)公共電源同步操作多個(gè)電機(jī)。

同步磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

與感應(yīng)電機(jī)相比，這些電機(jī)價(jià)格昂貴。

需要通過轉(zhuǎn)子位置傳感器以及無傳感器控制將速度與逆變器的o/p頻率同步。

與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，該電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較小，但較重。

通過使用變頻驅(qū)動(dòng)器工作。

主要應(yīng)用

同步磁阻電機(jī)的應(yīng)用包括以下內(nèi)容：

由于成本低、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、固有的簡單性等，適用于纖維紡紗廠等低功率應(yīng)用。

用于需要恒定速度的應(yīng)用，例如計(jì)時(shí)設(shè)備、留聲機(jī)、控制設(shè)備、錄音儀器等。

類似于輸送機(jī)內(nèi)的比例裝置或泵。

用于轉(zhuǎn)盤、調(diào)節(jié)器、同步輸送機(jī)、計(jì)量泵、合成纖維制造裝置。

用于折疊機(jī)、包裝機(jī)和輔助計(jì)時(shí)機(jī)。

總結(jié)

以上就是關(guān)于同步磁阻電機(jī)的基礎(chǔ)內(nèi)容概述。該電機(jī)提供了一種可持續(xù)的環(huán)境解決方案，以減少由于不存在磁鐵以及提高效率而對(duì)環(huán)境造成的整體影響。

此外，同步磁阻電機(jī)的本質(zhì)是一種具有磁阻性質(zhì)的同步電機(jī)，其運(yùn)行原理與開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相似，與傳統(tǒng)的交、直流電動(dòng)機(jī)有著根本的區(qū)別。同步磁阻電機(jī)遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理，通過轉(zhuǎn)子在不同位置引起的磁阻變化產(chǎn)生的磁拉力形成轉(zhuǎn)矩，具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、效率高、調(diào)速范圍廣、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。