1 概述

關(guān)于開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻控制器組成的理論，已在眾多文章中有所介紹[1]。

開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)相對(duì)其它調(diào)速方案而言誕生較晚，發(fā)展歷史較短，因此人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)也在逐步深化的過(guò)程中。上世紀(jì)80年代國(guó)外首先認(rèn)識(shí)到其具有電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、功率電路可靠和串激特性，因此將其廣泛用于電動(dòng)車輛和礦山機(jī)械中[2]。上世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)認(rèn)識(shí)到該電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、電流小的優(yōu)勢(shì)，因此將其用于頻繁起、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的機(jī)械，如龍門刨床、直線抽油機(jī)等[3]。進(jìn)入本世紀(jì)后，該電動(dòng)機(jī)具有的快速響應(yīng)能力逐步被認(rèn)識(shí)，因此將其用于多電機(jī)硬同步和鍛造壓力機(jī)中[4] [5]。

本文將論述開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)用于節(jié)電領(lǐng)域的優(yōu)越特性，同時(shí)提出一種利用具有成熟技術(shù)的較小功率的控制器構(gòu)造較大功率調(diào)速電動(dòng)機(jī)的技術(shù)方案。

2 開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)用于節(jié)電領(lǐng)域的優(yōu)越特性

2.1 高效區(qū)寬

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是包括電動(dòng)機(jī)、角位置傳感器、電力電子電路和控制電路在內(nèi)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于它從總體效率優(yōu)化目標(biāo)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因而容易獲得更好的節(jié)電效果。

調(diào)速電動(dòng)機(jī)節(jié)電的基礎(chǔ)有兩個(gè)，一是用電設(shè)備調(diào)速后軸功率的降低，二是電動(dòng)機(jī)在調(diào)速后保持較高的效率。因此對(duì)節(jié)電用調(diào)速電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)基本要求是高效區(qū)寬，即轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T較大范圍變化時(shí)，均能保持較高的效率。

由于開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(duì)電機(jī)繞組電流波形進(jìn)行控制，故可針對(duì)電動(dòng)機(jī)的不同工作點(diǎn)按效率最高來(lái)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(jié)果。表1列出了一臺(tái)開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)效率(含控制器)的實(shí)測(cè)結(jié)果，其額定功率為37kW，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min。

2.2 空載電流小

同樣通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化能使開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景

3.1 大功率產(chǎn)品現(xiàn)狀

開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)同樣可設(shè)計(jì)制造成大功率產(chǎn)品。英國(guó)BJD 100 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品最大功率達(dá)500 kW，并已在煤礦皮帶輸送機(jī)等設(shè)備上得到應(yīng)用。

2 000 kW鐵路機(jī)車牽引電機(jī)已通過(guò)理論可行性分析[6]。

國(guó)內(nèi)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(lǐng)域通常需要更大功率的電動(dòng)機(jī)，如數(shù)千kW。由于開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)中功率電路大都采用IGBT 作為主開關(guān)器件，其電壓、電流的限制成為設(shè)計(jì)制造更大功率的電機(jī)產(chǎn)品的一大障礙。但通過(guò)IGBT的串聯(lián)/并聯(lián)應(yīng)用，或提高控制器及電動(dòng)機(jī)繞組的電壓和電流等級(jí)，來(lái)實(shí)現(xiàn)更大功率產(chǎn)品的技術(shù)方案是可行的，但是由于電路復(fù)雜，可能會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品可靠性降低。

3.2 多控制器驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案

圖1所示為三相6/4極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)示意圖。

在已有技術(shù)中，將同屬A相的兩個(gè)線圈相串聯(lián)或并聯(lián)連接，整個(gè)電動(dòng)機(jī)共有A、B、C 三相繞組，并采用一個(gè)三相控制器驅(qū)動(dòng)。

現(xiàn)將每相兩個(gè)線圈不相互連接，用控制器1驅(qū)動(dòng)A1、B1、C1線圈;用控制器2驅(qū)動(dòng)A2、B2、C2線圈，并且使兩臺(tái)控制器同步工作，便可實(shí)現(xiàn)用較小的控制器驅(qū)動(dòng)較大的電動(dòng)機(jī)，如用2 臺(tái)400 kW控制器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)800 kW電動(dòng)機(jī)，圖2所示。同理，對(duì)每相擁有4個(gè)線圈的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，如三相12/8極電動(dòng)機(jī)，將4 個(gè)線圈2-2 連接時(shí)，可采用2 臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng);將4個(gè)線圈均不互相連接時(shí)，可采用4個(gè)控制器驅(qū)動(dòng)。這樣采用4 臺(tái)技術(shù)成熟的400 kW控制器產(chǎn)品可驅(qū)動(dòng)1臺(tái)1 600 kW電動(dòng)機(jī)。

多控制器驅(qū)動(dòng)技術(shù)有利提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)一臺(tái)控制器發(fā)生故障時(shí)，只需將其關(guān)閉，繼續(xù)用完好的控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，其代價(jià)是相應(yīng)降低電動(dòng)機(jī)的輸出功率。

4 結(jié)語(yǔ)

開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是一種新型調(diào)速電動(dòng)機(jī)，具有高效區(qū)寬和空載電流小的優(yōu)勢(shì)，適合在節(jié)電領(lǐng)域應(yīng)用。本文提出一種多控制器驅(qū)動(dòng)技術(shù)，從而能利用現(xiàn)有成熟技術(shù)構(gòu)造更大功率的開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。