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開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)勢、缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 ? 來源:電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 ? 2023-04-12 10:54 ? 次閱讀
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近年來,開關(guān)磁阻電機(jī)逐漸走進(jìn)了市場,因為該電機(jī)具有其他電機(jī)沒有的優(yōu)勢,所以逐漸成為了市場未來發(fā)展的主要方向,目前已成功地應(yīng)用于電動車驅(qū)動、通用工業(yè)、家用電器和紡織機(jī)械等各個領(lǐng)域。那么開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)勢到底是什么呢?讓我們一起來了解一下吧!

開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是以現(xiàn)代電力電子微機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它是由開關(guān)磁阻電動機(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,無沖擊起動電流,起動轉(zhuǎn)矩大,控制靈活等特點(diǎn)。1998年,我國把發(fā)展電動機(jī)調(diào)速節(jié)能和電力電子節(jié)電技術(shù)納入《中華人民共和國節(jié)能法》中,國家發(fā)改委“電動機(jī)節(jié)能計劃”明確提出:提高電動機(jī)15-20%的效率,實現(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、龍門刨、鍛壓設(shè)備等需要重載起動,頻繁啟動,正反轉(zhuǎn)的場合。

近幾年,隨著電機(jī)節(jié)能理念的逐漸深入,開關(guān)磁阻電機(jī)由于具有以下的特點(diǎn),其正在應(yīng)用于各種場合。開關(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)過測試,其整體效率比交流異步電動機(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、串級調(diào)速、電磁調(diào)速等比較,節(jié)電效果更明顯。

二、起動轉(zhuǎn)矩大,適合重載起動和負(fù)載變化明顯且頻繁啟動的場合。測試發(fā)現(xiàn)其啟動轉(zhuǎn)矩達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%時,起動電流僅為額定電流的30%,優(yōu)勢非常明顯

三、調(diào)速范圍廣。開關(guān)磁阻電機(jī)可以在低速下長期運(yùn)行,由于效率高,在低速下的溫升程度比額定工況時要低,解決了變頻調(diào)速電機(jī)低速運(yùn)行時電動機(jī)發(fā)熱問題,還可以根據(jù)實際靈活設(shè)置最高轉(zhuǎn)速。

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

五、起動電流小,避免對電網(wǎng)的沖擊。開關(guān)磁阻電機(jī)具有軟啟動特性,沒有普通交流電動機(jī)起動電流大于5-7倍額定電流的現(xiàn)象。

六、功率因數(shù)高,不需增加無功補(bǔ)償裝置,測試發(fā)現(xiàn),開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)在空載和滿載時的功率因數(shù)均大于0.98 。

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

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

九、控制器中功率變換器與電動機(jī)繞組串聯(lián),不會出現(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)都無法取代其它所有類型的電機(jī),開關(guān)磁阻電機(jī)也具有以下缺點(diǎn):

1.轉(zhuǎn)矩脈動:開關(guān)磁阻電機(jī)工作在脈沖供電方式中,瞬時轉(zhuǎn)矩脈動大,轉(zhuǎn)速很低時,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,但仍難以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的精確控制,在伺服等精密控制場合,SRD與其它類型電機(jī)相比不具有優(yōu)勢。

2.噪聲:開關(guān)磁阻電機(jī)相繞組輪流導(dǎo)通,徑向力導(dǎo)致定子變形,換相時更明顯,電機(jī)噪聲大,減小振動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.位置檢測器:位置檢測器使得結(jié)構(gòu)簡單的開關(guān)磁阻電機(jī)變得遜色,降低了系統(tǒng)可靠性,因此探索實用的無位置檢測器的檢測方案是十分有必要的。目前國內(nèi)外研究較多的是用定子繞組的瞬態(tài)電感信息來實現(xiàn)無位置檢測器方案,但距實際應(yīng)用還待進(jìn)一步深入研究。

國內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用市場主要包括:

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

(2) 紡織機(jī)械:首先,我們應(yīng)該感謝外國人的申請。中國主流進(jìn)口紡織機(jī)械必佳樂率先采用開關(guān)磁阻電機(jī),這讓國內(nèi)織機(jī)制造商自然認(rèn)可開關(guān)磁阻電機(jī)。自2009年以來,開關(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、啟動快(電機(jī)可通過旋轉(zhuǎn)3圈從零轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速),且無振動和噪聲要求。國外織機(jī)使用的開關(guān)磁阻電機(jī)是四相8/6極電機(jī),而我國早期使用的是三相12/8極電機(jī)。目前,我國也引進(jìn)了四相電機(jī),這可能會逐步消除紡織行業(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)一直是國家戰(zhàn)略布局的重點(diǎn)。在抽油機(jī)、煤礦輸送帶等場合使用開關(guān)磁阻電機(jī)后,效果仍然明顯。近年來,勝利油田、中原油田和長慶油田都進(jìn)行了改造項目,總體上滿足了改造要求,但油田市場是國有企業(yè)的陣地,你知道,目前很難實現(xiàn)大規(guī)模推廣。至于煤礦,對于北京中房來說,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)注高速開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用。國外真空吸塵器、烹飪機(jī)、破壁機(jī)和洗衣機(jī)大量使用開關(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,國內(nèi)只有少數(shù)新聞提到原型的開發(fā),而且還沒有看到大規(guī)模的應(yīng)用,也許成本價格是限制這些場合推廣的主要瓶頸。

(5) 電動汽車:對于開關(guān)磁阻電機(jī)來說,提到電動汽車的應(yīng)用可能是一件痛苦的事情。無論是在國內(nèi)還是國外,最早的開關(guān)磁阻電機(jī)原型都是為電動汽車開發(fā)的。他們看好開關(guān)磁阻電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大、加速性能好的優(yōu)點(diǎn),非常適合電動汽車的應(yīng)用。華中科技大學(xué)和北京中紡公司聯(lián)合安裝了20輛武漢混合動力客車用開關(guān)磁阻電機(jī),并進(jìn)行了長期運(yùn)行試驗,取得了良好的效果。然而,由于噪聲和功率密度問題,近年來電動汽車市場基本上被永磁電機(jī)占據(jù),這也與中國永磁電機(jī)價格低廉有關(guān)。從長遠(yuǎn)來看,永磁體是不可再生資源,無法滿足電動汽車巨大的市場需求。開關(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。

(6) 其他場合:近年來,生產(chǎn)開關(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。他們在不同的場合嘗試過。最簡單的節(jié)能改造場合,如風(fēng)機(jī)、水泵等,以及球磨機(jī)、推拉門、剪切機(jī)、起動器/發(fā)電機(jī)、注塑機(jī)等,也取得了一定的效果,但目前這些場合的使用規(guī)模仍然較小。未來能否在全行業(yè)推廣還需觀察。

結(jié)論:開關(guān)磁阻電機(jī)是近30年發(fā)展起來的一種新型調(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,個別制造商試圖用開關(guān)磁阻電機(jī)取代普通異步電機(jī)(或創(chuàng)新計劃)是不現(xiàn)實的。如何結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用的特點(diǎn),充分發(fā)揮開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),避免或減少其缺點(diǎn)帶來的弊端,是科研人員應(yīng)該不斷努力的方向!

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:開關(guān)磁阻電機(jī)的九大優(yōu)勢,三大缺點(diǎn)你都知道嗎?開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域全面解析!

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