高性能开关磁阻调速电动机在节能系统中的应用策略

    周扬

    摘 要：开关磁阻调速电动机集智能控制、微处理机技术与电力电子技术于一身，具有优良的调速性能与极高的可靠性，同时又高效、节能，这些优点都是传统电机无法相比的。本文将探讨高性能开关磁阻调速电动机在节能系统中的应用策略。

    关键词：开关磁阻调速电动机；节能系统；应用；策略

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

    电机是依据电磁感应定律，将电能转换为机械能的电磁装置，通过产生驱动转矩，作为电器或各类机械的动力源[1]。从工业到农业，从交通到邮电，从军事到铁路，各行各业都离不开电机。据统计，我国电机保有量已超过17亿千瓦，而总耗电量超过3万亿千瓦，约占社会总用电的2/3。——在倡导可持续发展，构建资源节约型社会的今天，必须认真研究淘汰高能耗落后电机。

    而开关磁阻调速电动机便不失为一种上佳的选择。

    1 开关阻磁调速电动机

    开关阻磁调速电动机，是1980年代中期发展起来的新型无级调速系统，它将开关磁阻电机与现代控制技术、电力电子技术、电机一体化技术融为一体，兼具直流电动机调速系统与异步电动机变频调速系统的优点，且结构简单、运行稳定可靠，是现代交流调速系统中强有力的生力军。

    开关阻磁电动机由开关磁阻电机、控制器、功率变换器、位置传感器、电流传感器五部分组成[2]。其中，开关磁阻电机用来进行能量转换；功率变换器向开关磁阻电机提供运转所需的能量；控制器综合处理速度指令、速度反馈信号与位置传感器、电流传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关的工作状态，对开关磁阻电机运动状态进行动态控制；电流传感器检测通过电机相绕组的电流强度，向控制器反馈电流信息；位置传感器检测转子位置与速度，向控制器反馈转子信息，使控制器能正确控制相绕组的导通与关断。

    开关阻磁电动机具有许多优点：

    （1）结构简单，转子上没有任何形式的绕组，不存在铸造不良、或在使用过程中发生断条的可能性、成本较低，能够在高速及恶劣环境下运行（转达可达超过每分钟一万转）。

    （2）电机各相独立工作，各项绕组与磁路在一定轴角范围内产生电磁转矩，具有更高的系统可靠性——而一般电动机必须在在各相绕组与磁路共同作用下产生一个旋转磁场，才能让电动机正常运转；某一相绕组或某一相电路发生故障，电动机就得停转。

    （3）起动电流低，起动转矩高：即便起动电流只有额定电流的15%，开关阻磁电动机起动转矩仍可达到额定转矩的100%；当起动电流只有额定电流的30%时，起动转矩则可达到额定转矩的250%。——而一般直流电机的起动电流必须达到额定电流的100%，才能获得100%的额定转矩；鼠笼感应电动机的起动电流必须达到额定电流的300%，才能获得100%的额定转矩[3]。

    （4）调速性能好，调速比超过1：20，转速波动可降低到0.06%；适用于频繁起停和正反向转换运行，能耗小，效率高。

    目前，国内电机效率平均水平比国外同类电机低3%～5%，电机系统运行效率则比国外同类系统低10%～20%。且电机普遍老化，高效电机的应用不足8%；所以，开关阻磁电动机有广泛的应用前景。

    2 开关阻磁电动机在节能系统中的应用

    2.1 在油田抽油机中应用开关阻磁电动机

    利用转速PID调节器、电流模糊PID调节器、SRD控制器、开关阻磁电动机与抽油机共同组成抽油机驱动系统，根据冲次给定，向开关阻磁电动机发出转速信号，同时由转速PID调节器向开关阻磁电动机发出电流信号，驱动抽油机运转。

    据测算，该系统起动电流只需达到额定运行电流的30%，便能使获得相当于额定转矩150%的起动转距；无需进行退磁；又实现了上冲程快，下冲程慢，可以大幅增加抽油机产量；同时减少供电容量，节约运营成本，减少日常维修费用；该系统可频繁进行起停与正反向转换运行，调速极为方便，再不必去停产、转换皮带轮；该系统还实现了软启动，减少了抽油杆的磨损，使用寿命更长；此外，该系统能防止盗电、窃电。

    2.2 在中央空调节能系统中应用开关阻磁电动机

    目前，中央空调电机主要采用三相异步电机、或变频控制+三相异步电机进行节能。三相异步电机功辛率因数低，无法进行调速，启动冲击电流很大，而变频控制+三相异步电机虽然能进行变速控制，但调速范围较窄，若频率低于36Hz，效率会快速下降；控制电路容易发生短路，电机寿命较短[4]。

    利用SRD控制器，与开关阻磁电动机、中央空调风机系统、冷却泵、管道电磁阀组成中央空调节能系统，采用模糊化控制与计算机技术，把控制部件与传感器组成闭环控制系统，通过对冷却风机、冷却水泵的温度、压力等工艺参数与电机功率（设备参数）的优化控制，可以使风机、水泵在最省电的情况下稳定运行，既确保高层建筑内部温度适宜，又避免了电能浪费。

    据测算，该系统采用多参数非线性控制与变速控制，功率因率可高達0.99；该系统实行闭环控制，通过温度传感器与压力传感器实时捕捉冷却风机、冷却水泵中的温度、压力，再将信号输入到PLC控制系统；PLC控制系统根据温差、压差的反馈值与目标值进行比较运算，自动调节开关阻磁电动机，节约30%～80%的电能；该系统调速比高于1：20，而效率则保持在90%以上；该系统采用软启动，不会对设备输出冲击电流；电机使用寿命极长，不存在绝缘老化的问题。

    3 结束语

    高性能开关磁阻电动机体现了电机技术的进步，克服了交流调速的缺点，在节能领域有广阔的应用空间。我们应加速推广、应用高性能开关磁阻电动机，以加速国内电机的更新换代。

    参考文献：

    [1]王成，张惠，王凯.基于智能控制的开关磁阻电动机调速系统在工业中的重要应用[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（04）：

    119-120.

    [2]宋秋爽.双开关磁阻调速电动机并联拖动系统研究[D].中国矿业大学，2009.

    [3]高超.一种适合在节电领域推广应用的电动机——开关磁阻调速电动机 [A].中国电工技术学会，第九届全国电技术节能学术会议论文集[C].中国电工技术学会：中国电工技术学会，2007：3.

    [4]李江林.开关磁阻调速电动机的技术和研究[J].煤矿机电，1999

    （05）：8-11.