1 概述

關于開關磁阻調速電動機是由開關磁阻電動機和開關磁阻控制器組成的理論，已在眾多文章中有所介紹[1]。

開關磁阻調速電動機相對其它調速方案而言誕生較晚，發(fā)展歷史較短，因此人們對它的認識也在逐步深化的過程中。上世紀80年代國外首先認識到其具有電動機結構簡單堅固、功率電路可靠和串激特性，因此將其廣泛用于電動車輛和礦山機械中[2]。上世紀90年代以來，國內認識到該電動機具有起動轉矩大、電流小的優(yōu)勢，因此將其用于頻繁起、制動和正反轉的機械，如龍門刨床、直線抽油機等[3]。進入本世紀后，該電動機具有的快速響應能力逐步被認識，因此將其用于多電機硬同步和鍛造壓力機中[4] [5]。

本文將論述開關磁阻調速電動機用于節(jié)電領域的優(yōu)越特性，同時提出一種利用具有成熟技術的較小功率的控制器構造較大功率調速電動機的技術方案。

2 開關磁阻調速電動機用于節(jié)電領域的優(yōu)越特性

2.1 高效區(qū)寬

開關磁阻電動機是包括電動機、角位置傳感器、電力電子電路和控制電路在內的典型機電一體化產(chǎn)品，由于它從總體效率優(yōu)化目標出發(fā)進行設計，因而容易獲得更好的節(jié)電效果。

調速電動機節(jié)電的基礎有兩個，一是用電設備調速后軸功率的降低，二是電動機在調速后保持較高的效率。因此對節(jié)電用調速電動機的一項基本要求是高效區(qū)寬，即轉速n和轉矩T較大范圍變化時，均能保持較高的效率。

由于開關磁阻調速電動機的控制方式比較靈活，如可采用電流斬波、電壓PWM、單脈沖方式及其組合方式對電機繞組電流波形進行控制，故可針對電動機的不同工作點按效率最高來優(yōu)化控制方式和選擇控制參數(shù)，從而得到高效區(qū)很寬的結果。表1列出了一臺開關磁阻調速電動機的系統(tǒng)效率(含控制器)的實測結果，其額定功率為37kW，額定轉速為2 000 r/min。

2.2 空載電流小

同樣通過設計優(yōu)化能使開關磁阻調速電動機的空載電流很小，典型產(chǎn)品數(shù)據(jù)為空載電流是額定電流的1%。由于空載電流小，故輕載電流同樣很小。

3 大功率開關磁阻調速電動機的發(fā)展前景

3.1 大功率產(chǎn)品現(xiàn)狀

開關磁阻調速電動機同樣可設計制造成大功率產(chǎn)品。英國BJD 100 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品最大功率達500 kW，并已在煤礦皮帶輸送機等設備上得到應用。

2 000 kW鐵路機車牽引電機已通過理論可行性分析[6]。

國內最大功率的400 kW 礦用隔爆產(chǎn)品也已于2000年完成。

節(jié)電領域通常需要更大功率的電動機，如數(shù)千kW。由于開關磁阻調速電動機中功率電路大都采用IGBT 作為主開關器件，其電壓、電流的限制成為設計制造更大功率的電機產(chǎn)品的一大障礙。但通過IGBT的串聯(lián)/并聯(lián)應用，或提高控制器及電動機繞組的電壓和電流等級，來實現(xiàn)更大功率產(chǎn)品的技術方案是可行的，但是由于電路復雜，可能會帶來產(chǎn)品可靠性降低。

3.2 多控制器驅動技術方案

圖1所示為三相6/4極開關磁阻電動機示意圖。

在已有技術中，將同屬A相的兩個線圈相串聯(lián)或并聯(lián)連接，整個電動機共有A、B、C 三相繞組，并采用一個三相控制器驅動。

現(xiàn)將每相兩個線圈不相互連接，用控制器1驅動A1、B1、C1線圈;用控制器2驅動A2、B2、C2線圈，并且使兩臺控制器同步工作，便可實現(xiàn)用較小的控制器驅動較大的電動機，如用2 臺400 kW控制器驅動一臺800 kW電動機，圖2所示。同理，對每相擁有4個線圈的開關磁阻電動機，如三相12/8極電動機，將4 個線圈2-2 連接時，可采用2 臺控制器驅動;將4個線圈均不互相連接時，可采用4個控制器驅動。這樣采用4 臺技術成熟的400 kW控制器產(chǎn)品可驅動1臺1 600 kW電動機。

多控制器驅動技術有利提高系統(tǒng)的可靠性。當一臺控制器發(fā)生故障時，只需將其關閉，繼續(xù)用完好的控制器驅動電動機運行，其代價是相應降低電動機的輸出功率。

4 結語

開關磁阻調速電動機是一種新型調速電動機，具有高效區(qū)寬和空載電流小的優(yōu)勢，適合在節(jié)電領域應用。本文提出一種多控制器驅動技術，從而能利用現(xiàn)有成熟技術構造更大功率的開關磁阻調速電動機產(chǎn)品。