電機基本知識講座之二

開關磁阻電機
開關磁阻電機(Switched reluctance motor，簡稱SR)誕生于160年前，但在一個漫長的時期里，它一直被認為是一種性能不高的電動機，故僅應用于少數小功率場所。上世紀七十年代初，美國福特電動機(Ford Motor)公司研究出最早的SR調速系統。它首先被美國人用于魚雷驅動，上世紀八十年代才開始進入工業運用，到了九十年代逐漸引起廣泛重視。
目前主要用于航空﹑機車牽引﹑礦山掘進機的驅動﹑電動汽車的驅動。進入本世紀后，開關磁阻電動機調速系統進一步在其它領域里得到應用，已經開始向民用家電方向發展，比如洗衣機和空調壓縮機。正如國外專家對開關磁阻電動機調速系統的評價那樣，開關磁阻電動機調速系統成為了調速系統新的里程碑。我國最早從事SR研究的是合肥工大，是應海軍所需始于上世紀七十年代。到如今，清華，南航，上海交大，華中理工大，海河大學等培養了一大批SR的博士生。雖然我國在SR方面的起步比國外晚，但國產的KC，H系列(1～55KW)和SR71系列(0.25～0.75KW)產品在總體性能上已達到國外九十年代初的水平，在紡織、冶金、機械、礦山、運輸、石油等行業開始應用。
隨著現代計算機控制技術的發展，交流調速系統性能越來越高，在工業領域里交流調速系統正在逐步取代直流調速系統。開關磁阻電動機調速系統作為交流調速系統的后起之秀，具有亞伺服系統的高性能和普通調速系統的價格，非常高的性價比，這是無刷或有刷直流電機根本無法與之比肩的。
開關磁阻電動機的特點
1.起動電流小。開關磁阻電動機只需要0.2～0.3倍額定電流就能產生1.5～2倍的額定起動轉矩。而無論是有刷還是無刷直流電機，都需要1.5～2倍的額定電流才能得到1.5～2倍的額定啟動轉矩。換而言之，同功率的電機要達到同樣的起動轉矩，直流電機的起動電流將是開關磁阻電動機的5～10倍。
2.運行效率高。開關磁阻電動機在1：50的調速范圍和1：5的轉矩變化范圍內均能保證高效率；而直流電機只能在高速輕載下才能保證高效率，而且高效區很窄。對于電動自行車這樣的變速度﹑變轉矩工況，開關磁阻電動機的平均效率將比有刷和無刷直流電機的效率高出15～30%。
3.系統安全可靠﹑壽命長。開關磁阻電動機既無易損的整流子機械結構也無性能不穩定的永磁鐵，不論是壽命還是運行穩定性，開關磁阻電動機都遠遠高于有刷和無刷直流電機。開關磁阻電動機具有四象限運行對稱的特性，在不需要增加任何硬件的情況下，就能實現電動自行車的能量再生制動，這不僅增加了電動自行車的行車安全性，也同時提高了電池的利用效率率。
4.過載能力強。由于開關磁阻電動機的工作磁場不同于有刷和無刷直流電機，不呈交變，因此發熱很小，即所謂的冷轉子，再加之沒有熱性能差的永磁鐵，因此，開關磁阻電動機有著有刷和無刷直流電機無可比擬的過載能力，在短時間里，開關磁阻電動機允許過載2～3倍，使得其性能接近汽油發動機，這也是歐美等國將開關磁阻電動機用于電動車輛的主要原因之一。
5.系統性價比高。開關磁阻電動機系統屬于機電一體化產品，其控制性能主要由計算機軟件實現，因此，其控制器的價格只比無刷直流電機控制器高30%左右，而開關磁阻電動機省掉了價格昂貴的稀土永磁鐵，并且制造工藝相比無刷直流電機簡單，開關磁阻電動機的價格應比無刷電動機的價格低15%左右。因此，開關磁阻輪轂電機系統價格(輪轂電機加控制器的價格)應與無刷直流輪轂電機系統的價格相當，即開關磁阻電動機系統具有很高的性價比。