交流異步電機和永磁同步電機,在乘用車領(lǐng)域,這兩種電機幾乎就是全部了。然而,當(dāng)我們把視野切換到整個電動車領(lǐng)域,卻發(fā)現(xiàn)還有一種電機運用地也非常廣泛,只是它更多出現(xiàn)在大巴車和貨車上面,并沒有進(jìn)入普通的家用車范疇,因此媒體的報道比較少,大家對它的認(rèn)知相對就少很多,它就是開關(guān)磁阻電機。
開關(guān)磁阻電機從發(fā)展歷程看,時間比較短,算是新生代,它誕生在上世紀(jì)80年代,至今也就三十多年,是一種新型調(diào)速電機。開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點,是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、維護(hù)方便甚至免維護(hù),起動及低速時轉(zhuǎn)矩大、電流小;高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好,在寬廣轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率而且有很好的容錯能力。我國對開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)的研究與試制起步于20世紀(jì)80年代末90年代初,取得了從基礎(chǔ)理論到設(shè)計制造技術(shù)多方面的成果與進(jìn)展,但產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用性研究工作相對滯后。由于SRD的產(chǎn)業(yè)化,人們通常將其產(chǎn)品稱為“開關(guān)磁阻調(diào)速電動機”。
開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電動機(SRM)、功率變換器、控制器、轉(zhuǎn)子位置檢測器四大部分組成。控制器內(nèi)包含控制電路與功率變換器,而轉(zhuǎn)子位置檢測器則安裝在電機的一端。
開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)所用的開關(guān)磁阻電動機(SRM)是SRD中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件,也是SRD有別于其他電動機驅(qū)動系統(tǒng)的主要標(biāo)志。SRM系雙凸極可變磁阻電動機,其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體,定子極上繞有集中繞組,徑向相對的兩個繞組聯(lián)接起來,稱為“一相”。電動機可以設(shè)計成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu),且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多、步距角小,有利于減少轉(zhuǎn)矩脈動,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且主開關(guān)器件多,成本高,現(xiàn)今應(yīng)用較多的是四相(8/6)結(jié)構(gòu)和三相(12/8)結(jié)構(gòu)。
通過控制加到電動機繞組中電流脈沖的幅值、寬度及其與轉(zhuǎn)子的相對位置(即導(dǎo)通角、關(guān)斷角),即可控制電動機轉(zhuǎn)矩的大小與方向,這正是SR電動機調(diào)速控制的基本原理。
由于結(jié)構(gòu)特點,開關(guān)磁阻電動機傳動系統(tǒng)綜合了感應(yīng)電動機傳動系統(tǒng)和直流電動電機傳動系統(tǒng)的優(yōu)點,其主要優(yōu)點如下:
1、電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固,制造工藝簡單。成本低,轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成,可工作于極高轉(zhuǎn)速;定子線圈為集中繞組,嵌放容易,端部短而牢固,工作可靠,能適用于各種惡劣、高溫其至強振動環(huán)境。
2、損耗主要產(chǎn)生在定子,電機易于冷卻;轉(zhuǎn)子無永磁體,允許有較高的溫升。
3、轉(zhuǎn)矩方向與相電流方向無關(guān),從而可減少功率變換器的開關(guān)器件數(shù),降低系統(tǒng)成本。
4、功率變換器不會出現(xiàn)直通故障,可靠性高。
5、起動轉(zhuǎn)矩大,低速性能好,無異步電動機在起動時所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象。
6、調(diào)速范圍寬,控制靈活,易于實現(xiàn)各種待殊要求的轉(zhuǎn)矩速度特性。
電動汽車的心臟——電機知識科普之開關(guān)磁阻電機篇
7、在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高效率。
8、能四象限運行,具有較強的再生制動能力。
主要的不足有:
1、轉(zhuǎn)矩脈動。從工作原理可知,開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是由一些列脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的,由于雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路飽和非線性的影響,合成轉(zhuǎn)矩不是恒定轉(zhuǎn)矩,而有一定的諧波分量,影響了電動機低速運行性能。
2、傳動系統(tǒng)的噪聲與震動比一般電動機大。
3、電動機的出線頭較多,如三相SR 電動機至少有四根出線頭,四相SR電動機至少有五根出線頭,而且還有位置檢測器出線端。對于整體的線路布局有影響。
4、控制部分相對比較復(fù)雜,一定程度上提升了整體成本。
電動汽車的心臟——電機知識科普之開關(guān)磁阻電機篇
小電評:
開關(guān)磁阻電機的優(yōu)點和缺點都非常明顯,對于家用車領(lǐng)域,像脈動引起的噪音與震動確實是難以控制和非常影響用戶體驗的,因此并沒有大規(guī)模應(yīng)用。但是在商用車領(lǐng)域,它就可以大顯身手了,國內(nèi)很多電動公交車、大巴和貨車上面,都能夠看到它的身影。對于這種電機的未來,目前爭議還比較大,看好或看壞的理由都很充分,小電對于它的未來持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度,畢竟以目前的電控技術(shù)發(fā)展速度看,它的弱點并非不可克服。大家對它有怎樣的看法?不妨留言討論。
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