高性能開關磁阻調速電動機在節能系統中的應用策略

周揚

摘 要：開關磁阻調速電動機集智能控制、微處理機技術與電力電子技術于一身，具有優良的調速性能與極高的可靠性，同時又高效、節能，這些優點都是傳統電機無法相比的。本文將探討高性能開關磁阻調速電動機在節能系統中的應用策略。

關鍵詞：開關磁阻調速電動機；節能系統；應用；策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.177

電機是依據電磁感應定律，將電能轉換為機械能的電磁裝置，通過產生驅動轉矩，作為電器或各類機械的動力源[1]。從工業到農業，從交通到郵電，從軍事到鐵路，各行各業都離不開電機。據統計，我國電機保有量已超過17億千瓦，而總耗電量超過3萬億千瓦，約占社會總用電的2/3。——在倡導可持續發展，構建資源節約型社會的今天，必須認真研究淘汰高能耗落后電機。

而開關磁阻調速電動機便不失為一種上佳的選擇。

1 開關阻磁調速電動機

開關阻磁調速電動機，是1980年代中期發展起來的新型無級調速系統，它將開關磁阻電機與現代控制技術、電力電子技術、電機一體化技術融為一體，兼具直流電動機調速系統與異步電動機變頻調速系統的優點，且結構簡單、運行穩定可靠，是現代交流調速系統中強有力的生力軍。

開關阻磁電動機由開關磁阻電機、控制器、功率變換器、位置傳感器、電流傳感器五部分組成[2]。其中，開關磁阻電機用來進行能量轉換；功率變換器向開關磁阻電機提供運轉所需的能量；控制器綜合處理速度指令、速度反饋信號與位置傳感器、電流傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關的工作狀態，對開關磁阻電機運動狀態進行動態控制；電流傳感器檢測通過電機相繞組的電流強度，向控制器反饋電流信息；位置傳感器檢測轉子位置與速度，向控制器反饋轉子信息，使控制器能正確控制相繞組的導通與關斷。

開關阻磁電動機具有許多優點：

（1）結構簡單，轉子上沒有任何形式的繞組，不存在鑄造不良、或在使用過程中發生斷條的可能性、成本較低，能夠在高速及惡劣環境下運行（轉達可達超過每分鐘一萬轉）。

（2）電機各相獨立工作，各項繞組與磁路在一定軸角范圍內產生電磁轉矩，具有更高的系統可靠性——而一般電動機必須在在各相繞組與磁路共同作用下產生一個旋轉磁場，才能讓電動機正常運轉；某一相繞組或某一相電路發生故障，電動機就得停轉。

（3）起動電流低，起動轉矩高：即便起動電流只有額定電流的15%，開關阻磁電動機起動轉矩仍可達到額定轉矩的100%；當起動電流只有額定電流的30%時，起動轉矩則可達到額定轉矩的250%。——而一般直流電機的起動電流必須達到額定電流的100%，才能獲得100%的額定轉矩；鼠籠感應電動機的起動電流必須達到額定電流的300%，才能獲得100%的額定轉矩[3]。

（4）調速性能好，調速比超過1：20，轉速波動可降低到0.06%；適用于頻繁起停和正反向轉換運行，能耗小，效率高。

目前，國內電機效率平均水平比國外同類電機低3%～5%，電機系統運行效率則比國外同類系統低10%～20%。且電機普遍老化，高效電機的應用不足8%；所以，開關阻磁電動機有廣泛的應用前景。

2 開關阻磁電動機在節能系統中的應用

2.1 在油田抽油機中應用開關阻磁電動機

利用轉速PID調節器、電流模糊PID調節器、SRD控制器、開關阻磁電動機與抽油機共同組成抽油機驅動系統，根據沖次給定，向開關阻磁電動機發出轉速信號，同時由轉速PID調節器向開關阻磁電動機發出電流信號，驅動抽油機運轉。

據測算，該系統起動電流只需達到額定運行電流的30%，便能使獲得相當于額定轉矩150%的起動轉距；無需進行退磁；又實現了上沖程快，下沖程慢，可以大幅增加抽油機產量；同時減少供電容量，節約運營成本，減少日常維修費用；該系統可頻繁進行起停與正反向轉換運行，調速極為方便，再不必去停產、轉換皮帶輪；該系統還實現了軟啟動，減少了抽油桿的磨損，使用壽命更長；此外，該系統能防止盜電、竊電。

2.2 在中央空調節能系統中應用開關阻磁電動機

目前，中央空調電機主要采用三相異步電機、或變頻控制+三相異步電機進行節能。三相異步電機功辛率因數低，無法進行調速，啟動沖擊電流很大，而變頻控制+三相異步電機雖然能進行變速控制，但調速范圍較窄，若頻率低于36Hz，效率會快速下降；控制電路容易發生短路，電機壽命較短[4]。

利用SRD控制器，與開關阻磁電動機、中央空調風機系統、冷卻泵、管道電磁閥組成中央空調節能系統，采用模糊化控制與計算機技術，把控制部件與傳感器組成閉環控制系統，通過對冷卻風機、冷卻水泵的溫度、壓力等工藝參數與電機功率（設備參數）的優化控制，可以使風機、水泵在最省電的情況下穩定運行，既確保高層建筑內部溫度適宜，又避免了電能浪費。

據測算，該系統采用多參數非線性控制與變速控制，功率因率可高達0.99；該系統實行閉環控制，通過溫度傳感器與壓力傳感器實時捕捉冷卻風機、冷卻水泵中的溫度、壓力，再將信號輸入到PLC控制系統；PLC控制系統根據溫差、壓差的反饋值與目標值進行比較運算，自動調節開關阻磁電動機，節約30%～80%的電能；該系統調速比高于1：20，而效率則保持在90%以上；該系統采用軟啟動，不會對設備輸出沖擊電流；電機使用壽命極長，不存在絕緣老化的問題。

3 結束語

高性能開關磁阻電動機體現了電機技術的進步，克服了交流調速的缺點，在節能領域有廣闊的應用空間。我們應加速推廣、應用高性能開關磁阻電動機，以加速國內電機的更新換代。

參考文獻：

[1]王成，張惠，王凱.基于智能控制的開關磁阻電動機調速系統在工業中的重要應用[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（04）：

119-120.

[2]宋秋爽.雙開關磁阻調速電動機并聯拖動系統研究[D].中國礦業大學，2009.

[3]高超.一種適合在節電領域推廣應用的電動機——開關磁阻調速電動機 [A].中國電工技術學會，第九屆全國電技術節能學術會議論文集[C].中國電工技術學會：中國電工技術學會，2007：3.

[4]李江林.開關磁阻調速電動機的技術和研究[J].煤礦機電，1999

（05）：8-11.