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开关磁阻调速电动机应用前景

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  • 发布时间:2014/8/18 15:07:01
  • 作者:tn_yinhe

  开关磁阻调速电动机(Switched Reluctance Drive,SRD)是二十世纪八十年代中期发展起来的新型无级调速系统。它将开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称 SRM)与现代电力电子技术、控制技术融为一体,是典型的机电一体化产品,既有异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统的优点,又具有结构简单、运行可靠、高性能等优良特性,成为现代交流调速系统中的一支强有力的新军,应用前景十分广阔。

一、开关磁阻调速电动机简介

1、开关磁阻调速电动机的构成

  开关磁阻调速电动机的结构简单坚固,调速范围宽,调速性能优异,且在整个调速范围内都具有较高效率,系统可靠性高。主要包括开关磁阻电机、功率变换器、控制器、电流检测与位置检测器四部分组成结构组成:

开关磁阻调速电动机组成
开关磁阻调速电动机组成
  图中,SR电机是开关磁阻调速电动机系统中实现能量转换的部件,也是该系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志,功率变换器向SR电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到的直流电供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中主开关器件的工作状态,实现对SR电机运行状态的控制。电流检测可以检测到通过电机相绕组的电流大小,实现系统电流反馈。位置传感器向控制器提供转子位置及速度等信号,使控制器能正确地决定相绕组的导通和关断时刻。

2、开关磁阻调速电动机的技术特点

  ①电机结构简单、成本低、适用于高速和恶劣环境下运行
  ②电机各相独立工作,系统可靠性高;
  ③高起动转矩,低起动电流
  ④可控参数多,调速性能好
  ⑤适用于频繁起停及正反向转换运行
  ⑥效率高,损耗小
  ⑦功率电路简单可靠;
  ⑧能实现四相限运行,具有较强的再生制动能力

二、开关磁阻调速电动机发展现状与应用前景

  目前,国内开始出现了以开关磁阻电机调速系统为核心产品的公司,例如中纺锐力机电有限公司(原纺织机械研究所)将开关磁阻调速电动机应用于毛巾印花机、卷布机,煤矿牵引车及电动车辆等,取得了显著的经济效益;北京渴望无限高科技有限公司则开发出了采用开关磁阻调速电动机的洗衣机动力直驱技术,取得广阔的市场前景;美的集团下属的电机事业部建造了一条开关磁阻电机的生产线;此外有志于开关磁阻调速电动机市场化的公司还有北京通大华泉科技有限公司、江苏贝得电机股份有限公司、湖北追日电气公司、威海恒大电机集团公司等,国内开关磁阻调速电动机市场化的进程进入高速发展的时期。
  开关磁阻调速电动机作为新一代无级调速系统,具有良好的调速性能和高速运行特性,兼有直流传动和普通交流传动的优点,正逐步应用在家用电器、一般工业、伺服与调速系统、牵引电动机、高速电动机、航天器械及汽车辅助设备等领域,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。

1、开关磁阻调速电动机在航空航天应用方面

  航空燃气涡轮发动机用30kW开关磁阻起动/发电机系统,额定电压为270V,发动机功率为104.4kW,开关磁阻电机与涡轮发动机轴直接连接,起动运行时,电机可以从零升速至26000r/min,8000r/min以下时为13.56Nm的恒转矩区,8000r/min~26000r/min时为12.68kW的恒功率区;发电运行时,电机速度变化范围为27000~46850r/min,允许过速至52000r/min,额定功率为30kW时系统效率约为80%。实践表明开关磁阻调速电动机在航空航天等恶劣环境中具有较高的应用价值。

2、开关磁阻调速电动机在电动车应用方面

  开关磁阻电机最开始的应用领域就是电动车,采用开关磁阻调速电动机有其独特的优势:
  ①在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率,有利于提高电动车的续驶里程,这是其它类型驱动系统难以达到的。
  ②很容易通过采用适当的控制策略和系统设计满足电动车四象限运行的要求,并且还能在高速运行区域保持强有力的制动能力。
  ③有很好的散热特性,从而能以小的体积取得较大的输出功率。④很容易智能化,能通过重新编程或替换电路元件,方便地满足不同运行特性的要求。
  ⑤维护简单,适用于各种恶劣、高温环境,具有良好的适应性。

3、开关磁阻调速电动机在煤矿中的应用

  开关磁阻电机因其起动力矩大、起动电流小、可以频繁重载起动,特别适用于矿井输送机电牵引采煤机、中小型绞车等,电机及控制器结构均较简单,易于制成全封闭、防爆型, 特别适用于煤矿的恶劣的环境,还可通过改变控制软件,适用于不同工况。

4、开关磁阻调速电动机在纺织行业中的应用

  在纺织行业的前纺工作中,进口的抓棉机早改成为条状式,其条状工作台对往复吸棉装置的要求苛刻,而开关磁阻调速电动机的原理和特点完全可以响应作为吸棉装置的传动动力,这主要因为SRD电机可以在四象限之中进行运行,即能按照指令实施顺时针转动、顺时针制动、逆时针转动、逆时针制动等四种状态的运行与转换。未来可以说SRD电机无论在系统静、动态性能的满足上、可靠性上、性能价格比上均比其它调速系统占有明显的优势,也必将是抓棉机的最理想的动力机械。

5、开关磁阻调速电动机在家电行业中的应用

  随着人们生活水平的提高,空调、冰箱等家电已深入千家万户,而空调、冰箱的核心部件是压缩机,近年来,压缩机逐步由异步电动机变频调速系统取代单相异步电动机来驱动,但变频调速系统在运行中、低速时,机械特性通常变差,系统效率和功率因素下降明显,而开关磁阻调速电动机系统除了具有变频调速系统的一系列优点外,它具有比变频调速系统更高的电能—机械能转换效率,特别是在中、低转速运行时,这一优势就更加明显。

  目前,对开关磁阻电机的开发呈研究与应用并重趋势,研究涉及电机、微电子、电力电子、微机控制、机械等领域,主要集中在对开关磁阻电机的设计、功率变换器的设计、控制器的设计三个方面,其应用领域也在不断拓展之中。由于SRD本身复杂的非线性特点,导致其研究的困难性,在电机理论、性能分析和设计方面还不够成熟、完善,还有大量工作要做,如电机控制参数的优化、无位置传感器在SRD应用及新结构SRM的开发等,这有待于我国从事SRD科研、开发与制造的高等院校、科研院所、企业以及为数更多的用户中的有识之士共同努力。