同步磁阻電動(dòng)機(jī)

同步磁阻電機(jī)本質(zhì)（SynRM）是一種具有磁阻性質(zhì)的同步電機(jī)，其運(yùn)行原理遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理，通過(guò)轉(zhuǎn)子在不同位置引起的磁阻變化產(chǎn)生的磁拉力形成轉(zhuǎn)矩。與傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)相比，SynRM 沒(méi)有電刷和環(huán)，簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)方便；與傳統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)相比，SynRM 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，則沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗，提高了電機(jī)的效率；與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相比，SynRM 轉(zhuǎn)子表面光滑、磁阻變化較為連續(xù)，避免了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲大的問(wèn)題，同時(shí)SynRM 定子為正弦波磁場(chǎng)，控制簡(jiǎn)單，硬件平臺(tái)成熟，從而降低了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的成本費(fèi)用；與永磁同步電機(jī)相比，SynRM 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永磁體，成本更低，無(wú)弱磁難和失磁的問(wèn)題，長(zhǎng)期使用，效率更穩(wěn)定。

同步磁阻電動(dòng)機(jī)具有堅(jiān)固可靠、高效節(jié)能、調(diào)速范圍廣、維護(hù)方便等特點(diǎn)。其轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永磁體，沒(méi)有失磁風(fēng)險(xiǎn)，效率長(zhǎng)期穩(wěn)定，滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化如紡織、風(fēng)機(jī)水泵、傳送帶、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)行業(yè)的調(diào)速驅(qū)動(dòng)需求，是交流驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的一種高性?xún)r(jià)比調(diào)速驅(qū)動(dòng)解決方案。2100433B

同步磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理

同步磁阻電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)SynRM）本質(zhì)是一種具有磁阻性質(zhì)的同步電機(jī)，其運(yùn)行原理與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相似，與傳統(tǒng)的交、直流電動(dòng)機(jī)有著根本的區(qū)別，它不像傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)那樣依靠定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用形成轉(zhuǎn)矩，而遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理，通過(guò)轉(zhuǎn)子在不同位置引起的磁阻變化產(chǎn)生的磁拉力形成轉(zhuǎn)矩 ，這種轉(zhuǎn)矩叫做磁阻轉(zhuǎn)矩。而有別于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的定子開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，SynRM的定子磁場(chǎng)為正弦波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。SynRM定子一般采用傳統(tǒng)三相交流電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，但其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比較特殊，轉(zhuǎn)子上開(kāi)有很多槽。特殊的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) SynRM 交、直軸磁路巨大的磁阻差異，呈現(xiàn)強(qiáng)烈的凸極性，從而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

圖1所示的是SynRM的轉(zhuǎn)子某一極結(jié)構(gòu)示意圖，取轉(zhuǎn)子凸極中心線(xiàn)即磁阻小的為d軸,逆時(shí)針超前90電角度為q軸。SynRM的運(yùn)行原理和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的原理一樣，都是遵循磁阻最小原理。由于磁通總是沿著磁阻最下的路徑閉合，因此，當(dāng)定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)，由于SynRM的轉(zhuǎn)子在不同位置的磁路磁阻不同，扭曲的的磁場(chǎng)將會(huì)產(chǎn)生磁阻力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。圖2-圖4所示的是SynRM轉(zhuǎn)子處于不同位置狀態(tài)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的原理示意圖。整個(gè)磁路由定子、氣隙、轉(zhuǎn)子三部分組成，定子上有繞組，轉(zhuǎn)子具有凸極性。當(dāng)定子繞組上通入電流 時(shí)，繞組中產(chǎn)生的磁通從定子的一端經(jīng)過(guò)氣隙、轉(zhuǎn)子，在定子的另一端閉合。由于轉(zhuǎn)子是凸極結(jié)構(gòu)，磁路上的磁阻隨著轉(zhuǎn)子位置的變換而變化。如狀態(tài)a所示，定子磁場(chǎng)的軸線(xiàn)與d軸重合，此時(shí)磁路上磁阻最小，此時(shí)不產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩；當(dāng)轉(zhuǎn)子處于狀態(tài)b所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子d軸與定子磁場(chǎng)的軸線(xiàn)存在一個(gè)夾角，磁場(chǎng)發(fā)生扭曲，產(chǎn)生磁阻力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使磁阻的磁阻最小。而狀態(tài)c所示的轉(zhuǎn)子位置，雖然磁路磁阻最大，但是磁場(chǎng)軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子q軸重合，磁力線(xiàn)分布均勻，不存在扭曲現(xiàn)象，因此也沒(méi)有磁阻轉(zhuǎn)矩，但是由于轉(zhuǎn)子稍微偏轉(zhuǎn)即回到狀態(tài)b，因此此時(shí)為不穩(wěn)定狀態(tài)。

同步磁阻電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)

SynRM的定子一般采用的是傳統(tǒng)的三相交流電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)。區(qū)別主要在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上。隨著技術(shù)的發(fā)展，SynRM的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不斷的在演變，現(xiàn)階段轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：橫向疊片形式（TLA）和軸向疊片各向異性形式（ALA），如圖5-圖6所示。ALA結(jié)構(gòu)由高導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁絕緣材料沿軸向交替疊壓而成，具有非常強(qiáng)烈的凸極性，因此轉(zhuǎn)矩密度和功率因數(shù)都較高，但是工藝復(fù)雜，制造不便。TLA結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的沖制與疊壓工藝，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，生產(chǎn)成本低 。但是相對(duì)來(lái)說(shuō)凸極性不如ALA結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈，因此轉(zhuǎn)矩密度和功率因數(shù)較ALA結(jié)構(gòu)有所不如。

同步磁阻電動(dòng)機(jī)的控制策略與永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）非常相似,可以采用PMSM常用的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等策略 。

矢量控制的目的是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)控制分量的解耦，以便于獨(dú)立的控制電機(jī)定子電流中的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,實(shí)現(xiàn)電流的優(yōu)化控制。矢量控制的三種基本控制思路：最大轉(zhuǎn)矩電流比（MPTC）、最大功率因數(shù)、最大效率控制。其中最大轉(zhuǎn)矩電流比是比較常用的一種方案，該方案能夠減小銅耗，提升電機(jī)的效率。

直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是繼矢量控制之后又一高性能的交流變頻調(diào)速技術(shù)。在靜止坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制。它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理概念明確。直接轉(zhuǎn)矩控制著眼于轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，在定子坐標(biāo)系下直接進(jìn)行磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法。直接轉(zhuǎn)矩控制本質(zhì)上是魯棒性的，對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感。避免了復(fù)雜的坐標(biāo)變換和參數(shù)運(yùn)算，因此，實(shí)際系統(tǒng)十分簡(jiǎn)單，非常容易實(shí)現(xiàn)。逆變器成本低，效率高，動(dòng)態(tài)性能好。

磁阻同步電動(dòng)機(jī)的定子與一般同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)相同。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，為產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子直軸與交軸的磁阻不同。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分，磁阻式同步電動(dòng)機(jī)可分為凸極式（外反應(yīng)式）、分塊式、內(nèi)反應(yīng)式（磁障式）和磁各向異性轉(zhuǎn)子式等

磁阻同步電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)，是利用轉(zhuǎn)子上直軸和交軸方向磁阻不等產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩而工作的同步電動(dòng)機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低廉、無(wú)滑動(dòng)接觸、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，可用于電子設(shè)備、記錄儀器、光學(xué)儀器及攝影、錄音和錄像等設(shè)備中。