磁阻電機的工作原理/類型/優(yōu)缺點/應(yīng)用

我們意識到，每個電動機都通過使用基本的電氣原理和電磁來產(chǎn)生機械運動。市場上有幾種不同類型的電機，但選擇使用哪一種或哪一種最適合您的應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性。同步電機是電機的一種;另一方面，磁阻電機是在磁阻下運行的電機。定子和轉(zhuǎn)子是該發(fā)動機最重要的兩個部件。本文介紹了磁阻電機。

這是一種先進的電機，與普通電動機一樣，具有定子和轉(zhuǎn)子。該電機使用直接旋轉(zhuǎn)磁場 （RPM） 使轉(zhuǎn)子的速度與定子的 RMF 同步。這些電機以低成本提供高功率密度，使其在各種應(yīng)用中具有吸引力。磁阻電機的工作理論是，如果將磁性材料放置在磁場內(nèi)，它通常會以最小的磁阻方式將自己拉入線中。

磁阻電機的特性包括步進形式、定轉(zhuǎn)子極比、額定功率或扭矩、轉(zhuǎn)矩脈動和恒定轉(zhuǎn)矩速度范圍。磁阻電機的功率因數(shù)較低，機器性能從 55% 到 75% 不等。

一、磁阻電機的工作原理

定子和轉(zhuǎn)子是該發(fā)動機最重要的部件。這是一對由氣隙隔開的固定組件。電機結(jié)構(gòu)將根據(jù)電機類型而有所不同，但基本操作概念將保持不變。固定組件（如定子）包含重要的極對，這些極對可以通過流過電纜的電流產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子可以由鐵磁金屬制成，并有自己的一組極。

這些磁極與定子磁場的形狀相匹配。當轉(zhuǎn)子的突出極與定子的突出極相互作用時，轉(zhuǎn)子處于最不適應(yīng)的位置。因此，這一端的磁阻較低。當定子極連接到轉(zhuǎn)子的槽或凹口時，轉(zhuǎn)子處于最大磁阻位置。由于節(jié)能，轉(zhuǎn)子仍將以最小的猶豫向該點行駛。當轉(zhuǎn)子未完全對齊時，會產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。該扭矩將通過將轉(zhuǎn)子拖向相鄰的突出定子極來引起旋轉(zhuǎn)。

磁阻電機轉(zhuǎn)矩方程

一旦鐵磁材料被放置在外部磁場內(nèi)，就會發(fā)生磁阻轉(zhuǎn)矩，使物體通過外部磁場排列。由于感應(yīng)扭矩，物體內(nèi)部可能會形成內(nèi)部磁場。

該扭矩是由兩個場的相互作用產(chǎn)生的，這兩個場通過磁場使線區(qū)域內(nèi)的目標旋轉(zhuǎn)。因此，將扭矩施加到物體上以降低磁通磁阻。由于機器的顯著性，這種電機扭矩有時被稱為顯著性扭矩。要運行，該電機主要依賴于磁阻轉(zhuǎn)矩。因此，可以使用以下近似值來確定該扭矩。

這些磁極與定子磁場的形狀相匹配。當轉(zhuǎn)子的突出極與定子的突出極相互作用時，轉(zhuǎn)子處于最不適應(yīng)的位置。因此，這一端的磁阻較低。當定子極連接到轉(zhuǎn)子的槽或凹口時，轉(zhuǎn)子處于最大磁阻位置。由于節(jié)能，轉(zhuǎn)子仍將以最小的猶豫向該點行駛。當轉(zhuǎn)子未完全對齊時，會產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。該扭矩將通過將轉(zhuǎn)子拖向相鄰的突出定子極來引起旋轉(zhuǎn)。

二、類型

1.同步磁阻電機

使用三相定子繞組以及轉(zhuǎn)子來實現(xiàn)突出的轉(zhuǎn)子極和內(nèi)部磁通壁，使這些電機能夠以同步速度精確運行。在重要極點附近，轉(zhuǎn)子經(jīng)常進行調(diào)整的鼠籠，這有助于感應(yīng)的自啟動效果。當電機開啟時，通過感應(yīng)將其驅(qū)動接近同步速度，然后通過轉(zhuǎn)子磁通勢壘產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩將其鎖定為同步。

2.開關(guān)磁阻電機

具有某些極的步進磁阻電機稱為開關(guān)磁阻電機。由于其基本配置，該電機的構(gòu)造成本低于電動機。由于它無需機械換向器即可運行，因此這些電機通常用于爆炸性條件，例如轉(zhuǎn)子長時間閑置的礦井。與由逆變器操作的交流感應(yīng)電動機相比，這些電動機相位繞組彼此電氣分離，從而具有更高的容錯性。

所謂開關(guān)磁阻電機，是指電機各相磁路的磁阻隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。因此，電動汽車電機的磁場能量也會隨著轉(zhuǎn)子的位置而變化，可以隨著磁能的介質(zhì)轉(zhuǎn)化為機械能。只有這樣，電源才能按相序循環(huán)，以保持轉(zhuǎn)子沿一個方向旋轉(zhuǎn)并輸出機械能。因此，應(yīng)有一個可控的開關(guān)電路，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置合理、周期性地打開和關(guān)閉各相電路，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子沿一定方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)并輸出機械能。

它遵循磁通量始終沿磁導(dǎo)率最大的路徑閉合的原理，產(chǎn)生磁拉力以形成具有轉(zhuǎn)矩磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。因此，其結(jié)構(gòu)原理是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁路的磁阻應(yīng)盡可能多地變化，因此開關(guān)磁阻電動機采用雙凸極結(jié)構(gòu)，定轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)不同。

可控開關(guān)電路是轉(zhuǎn)換器，它與電源和電機繞組一起構(gòu)成主電源電路。位置檢測器是開關(guān)磁阻電機的重要特性部件。它實時檢測轉(zhuǎn)子的位置，有序有效地控制轉(zhuǎn)換器的工作。

開關(guān)磁阻電機的特點

（1）定子和轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu)

開關(guān)磁阻電機簡稱SR。它是一種特殊類型的同步電機。其定子和轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu)，堅固無刷，輸出轉(zhuǎn)矩大。

（2）線圈繞組只需要單向電流

由于開關(guān)磁阻電動機的線圈繞組只需要單向電流，因此只需要一個單極電源轉(zhuǎn)換器即可供電，因此其電路結(jié)構(gòu)非常簡單。

（3） 無位置傳感器

早期開關(guān)磁阻電機速度控制系統(tǒng)使用位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子的位置，現(xiàn)在已經(jīng)有沒有位置傳感器的開關(guān)磁阻電機速度控制系統(tǒng)。

（4）開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的不足

開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點突出，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。缺點是開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器輸出不規(guī)則的電流脈沖，可能產(chǎn)生運行噪聲和低速噪聲。轉(zhuǎn)矩脈動問題，可在控制方法中進一步改進。

三、磁阻電機的特點

1.磁阻電機的構(gòu)造

其中兩個環(huán)短路。電機作為單相感應(yīng)電機工作，直到定子與單相電源對齊。離心傳輸分離輔助繞組，直到電機輸出接近最大同步速度。通過主繞組操作，電機像單相電機一樣加速。

一旦電機速度接近同步速度，轉(zhuǎn)子就會傾向于在磁阻最小的位置自行連接，從而產(chǎn)生扭矩。結(jié)果，轉(zhuǎn)子同步拖動。為了獲得適當?shù)男?，負載慣性必須保持在可接受的范圍內(nèi)。感應(yīng)轉(zhuǎn)矩在同步時會消失，但由于同步磁阻時的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將保持同步。

2.磁阻電機的優(yōu)缺點

優(yōu)勢：

（1） 不需要直流電源。

（2） 特性穩(wěn)定

（3）維護較少

（4） 熱量少

（5） 無磁鐵

（6） 速度控制

弊：

1）效率較低

2）功率因數(shù)差

3） 變頻調(diào)速

4）這些電機的容量較小，無法驅(qū)動負載

5）需要較少的慣量轉(zhuǎn)子。

四、磁阻電機的應(yīng)用

信號設(shè)備

控制設(shè)備

自動調(diào)節(jié)器

錄音設(shè)備

時鐘

遠程打印機

留聲機

模擬電表

電動汽車

電動工具，如鉆床、帶鋸和壓力機