淺談某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

趙沛群

摘 要：介紹了用于某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)（開關(guān)磁阻電機(jī)）比變頻調(diào)速電機(jī)具有更高的效率、更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，論證了開關(guān)磁阻電機(jī)在某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的工作特性及使用條件上，更適合于起動(dòng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī) ?變頻調(diào)速電機(jī) ?性能對(duì)比 ?高效節(jié)

中圖分類號(hào)：TH24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0040-01

隨著我國(guó)日新月異的工業(yè)化進(jìn)程，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)有多種形式，傳統(tǒng)的變頻調(diào)速電機(jī)的使用范圍由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用現(xiàn)代科技成果研制的開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。它具有體積小、功率密度大、起動(dòng)電流小、效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合。

1 變頻調(diào)速電機(jī)

1.1 概念和原理

交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n為同步速度，f為電源頻率，p為電機(jī)極數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率），變頻器就是通過改變電源頻率來改變此類電機(jī)轉(zhuǎn)速的。

它利用變頻器內(nèi)的運(yùn)算電路，將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經(jīng)過調(diào)整的電壓，送入電機(jī)，改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.2 性能特點(diǎn)

（1）變頻器具有調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)速等基本功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電機(jī)無極調(diào)速

（2）可以使電機(jī)以較小的起動(dòng)電流，獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，具有一定的軟起動(dòng)性能。

1.3 現(xiàn)實(shí)存在的問題

（1）低速區(qū)效率仍然很差，沒有改進(jìn)。

（2）多個(gè)大功率逆變器的高次諧波疊加，容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊和干擾。

（3）重負(fù)載下起動(dòng)慢，電流仍然很大，并不能真正解決軟起動(dòng)問題。

2 開關(guān)磁阻電機(jī)

2.1 概念和原理

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有電機(jī)本體和控制器兩大部分有機(jī)構(gòu)成。其電機(jī)部分由于是運(yùn)用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受高頻電子開關(guān)控制（IGBT），故稱為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通總是沿著磁導(dǎo)最大，磁阻最小的路徑閉合，從而在定轉(zhuǎn)子突極間產(chǎn)生磁拉力，而磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導(dǎo)的本性，因而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩”，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 控制方式

目前應(yīng)用的控制方式是低速時(shí)以電流斬波（CCC）為主（此時(shí)基本固定開通角和關(guān)斷角），中速時(shí)以電流斬波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速時(shí)以角度控制（APC）為主。

2.3 基本性能特點(diǎn)

（1）起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。起動(dòng)電流為額定電流的30%時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩即可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%。

（2）可重載輕松起動(dòng)，不需要任何輔助軟起動(dòng)，而且起動(dòng)時(shí)間很快，。

（3）“超高效”電機(jī)。系統(tǒng)在低、中、高寬廣的速度范圍內(nèi)，都具有平均80%以上的效率，這是變頻調(diào)速電機(jī)難以達(dá)到的。

（4）自動(dòng)感知負(fù)載變化，調(diào)整電流大小，空載時(shí)電流很小，輕載時(shí)候電流“按需索取”，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（5）可頻繁帶載起、停，可正反、向頻繁轉(zhuǎn)換運(yùn)行（60min1000次）。

2.4 實(shí)際存在的問題

（1）滿負(fù)載時(shí)噪音偏大。尤其是頻繁加載、降載或過載運(yùn)行時(shí)，表現(xiàn)出間歇式的高電磁噪音。

（2）低速脈動(dòng)，即低速振動(dòng)偏大。

上述兩個(gè)缺點(diǎn)，隨著科技的進(jìn)步、工藝水平的提高是可以逐步解決的。

3 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)的主要特性比較

通過上述說明，開關(guān)磁阻電機(jī)和變頻起動(dòng)電各有千秋。下面我們通過一些主要的性能曲線，做一個(gè)詳細(xì)的對(duì)比。

3.1 （低速區(qū)、不同負(fù)載）效率對(duì)比

下邊的實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了37 kW的普通開關(guān)磁阻電機(jī)、變頻器高效三相異步電機(jī)在三種轉(zhuǎn)速不同負(fù)載下的效率。從結(jié)果可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)“在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，都具有很高的效率”的特性。

3.2 額定功率下SRM和變頻器的效率對(duì)比

從圖中可以看出，在額定功率下，轉(zhuǎn)速越高SRM和變頻器的效率越接近，可見變頻器適用于較高的轉(zhuǎn)速的條件，相比而言SRM則受轉(zhuǎn)速影響較小。但幾乎在任何一個(gè)轉(zhuǎn)速下，SRM的效率都要高于變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率。

4 結(jié)論

從以上各方面性能對(duì)比可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)作為某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)中的起動(dòng)電機(jī)，是一中比較理想代驅(qū)動(dòng)設(shè)備，較之變頻調(diào)速電機(jī)，其性能更勝一籌，它逐步取代傳統(tǒng)的交流感應(yīng)電機(jī)及其變頻調(diào)速系統(tǒng)的時(shí)代已為時(shí)不遠(yuǎn)了。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉迪吉，主編.開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 王宏華，主編.磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.endprint

摘 要：介紹了用于某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)（開關(guān)磁阻電機(jī)）比變頻調(diào)速電機(jī)具有更高的效率、更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，論證了開關(guān)磁阻電機(jī)在某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的工作特性及使用條件上，更適合于起動(dòng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī) ?變頻調(diào)速電機(jī) ?性能對(duì)比 ?高效節(jié)

中圖分類號(hào)：TH24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0040-01

隨著我國(guó)日新月異的工業(yè)化進(jìn)程，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)有多種形式，傳統(tǒng)的變頻調(diào)速電機(jī)的使用范圍由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用現(xiàn)代科技成果研制的開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。它具有體積小、功率密度大、起動(dòng)電流小、效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合。

1 變頻調(diào)速電機(jī)

1.1 概念和原理

交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n為同步速度，f為電源頻率，p為電機(jī)極數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率），變頻器就是通過改變電源頻率來改變此類電機(jī)轉(zhuǎn)速的。

它利用變頻器內(nèi)的運(yùn)算電路，將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經(jīng)過調(diào)整的電壓，送入電機(jī)，改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.2 性能特點(diǎn)

（1）變頻器具有調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)速等基本功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電機(jī)無極調(diào)速

（2）可以使電機(jī)以較小的起動(dòng)電流，獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，具有一定的軟起動(dòng)性能。

1.3 現(xiàn)實(shí)存在的問題

（1）低速區(qū)效率仍然很差，沒有改進(jìn)。

（2）多個(gè)大功率逆變器的高次諧波疊加，容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊和干擾。

（3）重負(fù)載下起動(dòng)慢，電流仍然很大，并不能真正解決軟起動(dòng)問題。

2 開關(guān)磁阻電機(jī)

2.1 概念和原理

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有電機(jī)本體和控制器兩大部分有機(jī)構(gòu)成。其電機(jī)部分由于是運(yùn)用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受高頻電子開關(guān)控制（IGBT），故稱為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通總是沿著磁導(dǎo)最大，磁阻最小的路徑閉合，從而在定轉(zhuǎn)子突極間產(chǎn)生磁拉力，而磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導(dǎo)的本性，因而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩”，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 控制方式

目前應(yīng)用的控制方式是低速時(shí)以電流斬波（CCC）為主（此時(shí)基本固定開通角和關(guān)斷角），中速時(shí)以電流斬波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速時(shí)以角度控制（APC）為主。

2.3 基本性能特點(diǎn)

（1）起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。起動(dòng)電流為額定電流的30%時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩即可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%。

（2）可重載輕松起動(dòng)，不需要任何輔助軟起動(dòng)，而且起動(dòng)時(shí)間很快，。

（3）“超高效”電機(jī)。系統(tǒng)在低、中、高寬廣的速度范圍內(nèi)，都具有平均80%以上的效率，這是變頻調(diào)速電機(jī)難以達(dá)到的。

（4）自動(dòng)感知負(fù)載變化，調(diào)整電流大小，空載時(shí)電流很小，輕載時(shí)候電流“按需索取”，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（5）可頻繁帶載起、停，可正反、向頻繁轉(zhuǎn)換運(yùn)行（60min1000次）。

2.4 實(shí)際存在的問題

（1）滿負(fù)載時(shí)噪音偏大。尤其是頻繁加載、降載或過載運(yùn)行時(shí)，表現(xiàn)出間歇式的高電磁噪音。

（2）低速脈動(dòng)，即低速振動(dòng)偏大。

上述兩個(gè)缺點(diǎn)，隨著科技的進(jìn)步、工藝水平的提高是可以逐步解決的。

3 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)的主要特性比較

通過上述說明，開關(guān)磁阻電機(jī)和變頻起動(dòng)電各有千秋。下面我們通過一些主要的性能曲線，做一個(gè)詳細(xì)的對(duì)比。

3.1 （低速區(qū)、不同負(fù)載）效率對(duì)比

下邊的實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了37 kW的普通開關(guān)磁阻電機(jī)、變頻器高效三相異步電機(jī)在三種轉(zhuǎn)速不同負(fù)載下的效率。從結(jié)果可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)“在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，都具有很高的效率”的特性。

3.2 額定功率下SRM和變頻器的效率對(duì)比

從圖中可以看出，在額定功率下，轉(zhuǎn)速越高SRM和變頻器的效率越接近，可見變頻器適用于較高的轉(zhuǎn)速的條件，相比而言SRM則受轉(zhuǎn)速影響較小。但幾乎在任何一個(gè)轉(zhuǎn)速下，SRM的效率都要高于變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率。

4 結(jié)論

從以上各方面性能對(duì)比可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)作為某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)中的起動(dòng)電機(jī)，是一中比較理想代驅(qū)動(dòng)設(shè)備，較之變頻調(diào)速電機(jī)，其性能更勝一籌，它逐步取代傳統(tǒng)的交流感應(yīng)電機(jī)及其變頻調(diào)速系統(tǒng)的時(shí)代已為時(shí)不遠(yuǎn)了。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉迪吉，主編.開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 王宏華，主編.磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.endprint

摘 要：介紹了用于某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)（開關(guān)磁阻電機(jī)）比變頻調(diào)速電機(jī)具有更高的效率、更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，論證了開關(guān)磁阻電機(jī)在某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的工作特性及使用條件上，更適合于起動(dòng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī) ?變頻調(diào)速電機(jī) ?性能對(duì)比 ?高效節(jié)

中圖分類號(hào)：TH24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0040-01

隨著我國(guó)日新月異的工業(yè)化進(jìn)程，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)有多種形式，傳統(tǒng)的變頻調(diào)速電機(jī)的使用范圍由于自身性能上的缺陷受到了限制。利用現(xiàn)代科技成果研制的開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。它具有體積小、功率密度大、起動(dòng)電流小、效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合。

1 變頻調(diào)速電機(jī)

1.1 概念和原理

交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式是：n=f/p×（1-s）×60rpm，（其中n為同步速度，f為電源頻率，p為電機(jī)極數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率），變頻器就是通過改變電源頻率來改變此類電機(jī)轉(zhuǎn)速的。

它利用變頻器內(nèi)的運(yùn)算電路，將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經(jīng)過調(diào)整的電壓，送入電機(jī)，改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.2 性能特點(diǎn)

（1）變頻器具有調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)速等基本功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電機(jī)無極調(diào)速

（2）可以使電機(jī)以較小的起動(dòng)電流，獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，具有一定的軟起動(dòng)性能。

1.3 現(xiàn)實(shí)存在的問題

（1）低速區(qū)效率仍然很差，沒有改進(jìn)。

（2）多個(gè)大功率逆變器的高次諧波疊加，容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊和干擾。

（3）重負(fù)載下起動(dòng)慢，電流仍然很大，并不能真正解決軟起動(dòng)問題。

2 開關(guān)磁阻電機(jī)

2.1 概念和原理

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有電機(jī)本體和控制器兩大部分有機(jī)構(gòu)成。其電機(jī)部分由于是運(yùn)用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受高頻電子開關(guān)控制（IGBT），故稱為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通總是沿著磁導(dǎo)最大，磁阻最小的路徑閉合，從而在定轉(zhuǎn)子突極間產(chǎn)生磁拉力，而磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導(dǎo)的本性，因而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩”，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 控制方式

目前應(yīng)用的控制方式是低速時(shí)以電流斬波（CCC）為主（此時(shí)基本固定開通角和關(guān)斷角），中速時(shí)以電流斬波（CCC）加角度控制（APC）的控制方式，高速時(shí)以角度控制（APC）為主。

2.3 基本性能特點(diǎn)

（1）起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。起動(dòng)電流為額定電流的30%時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩即可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%。

（2）可重載輕松起動(dòng)，不需要任何輔助軟起動(dòng)，而且起動(dòng)時(shí)間很快，。

（3）“超高效”電機(jī)。系統(tǒng)在低、中、高寬廣的速度范圍內(nèi)，都具有平均80%以上的效率，這是變頻調(diào)速電機(jī)難以達(dá)到的。

（4）自動(dòng)感知負(fù)載變化，調(diào)整電流大小，空載時(shí)電流很小，輕載時(shí)候電流“按需索取”，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（5）可頻繁帶載起、停，可正反、向頻繁轉(zhuǎn)換運(yùn)行（60min1000次）。

2.4 實(shí)際存在的問題

（1）滿負(fù)載時(shí)噪音偏大。尤其是頻繁加載、降載或過載運(yùn)行時(shí)，表現(xiàn)出間歇式的高電磁噪音。

（2）低速脈動(dòng)，即低速振動(dòng)偏大。

上述兩個(gè)缺點(diǎn)，隨著科技的進(jìn)步、工藝水平的提高是可以逐步解決的。

3 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)的主要特性比較

通過上述說明，開關(guān)磁阻電機(jī)和變頻起動(dòng)電各有千秋。下面我們通過一些主要的性能曲線，做一個(gè)詳細(xì)的對(duì)比。

3.1 （低速區(qū)、不同負(fù)載）效率對(duì)比

下邊的實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了37 kW的普通開關(guān)磁阻電機(jī)、變頻器高效三相異步電機(jī)在三種轉(zhuǎn)速不同負(fù)載下的效率。從結(jié)果可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)“在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，都具有很高的效率”的特性。

3.2 額定功率下SRM和變頻器的效率對(duì)比

從圖中可以看出，在額定功率下，轉(zhuǎn)速越高SRM和變頻器的效率越接近，可見變頻器適用于較高的轉(zhuǎn)速的條件，相比而言SRM則受轉(zhuǎn)速影響較小。但幾乎在任何一個(gè)轉(zhuǎn)速下，SRM的效率都要高于變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率。

4 結(jié)論

從以上各方面性能對(duì)比可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)作為某型燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)系統(tǒng)中的起動(dòng)電機(jī)，是一中比較理想代驅(qū)動(dòng)設(shè)備，較之變頻調(diào)速電機(jī)，其性能更勝一籌，它逐步取代傳統(tǒng)的交流感應(yīng)電機(jī)及其變頻調(diào)速系統(tǒng)的時(shí)代已為時(shí)不遠(yuǎn)了。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉迪吉，主編.開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 王宏華，主編.磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.endprint