交流異步電機和永磁同步電機,在乘用車(chē)領(lǐng)域,這兩種電機幾乎就是全部了。然而,當我們把視野切換到整個(gè)電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域,卻發(fā)現還有一種電機運用地也非常廣泛,只是它更多出現在大巴車(chē)和貨車(chē)上面,并沒(méi)有進(jìn)入普通的家用車(chē)范疇,因此媒體的報道比較少,大家對它的認知相對就少很多,它就是開(kāi)關(guān)磁阻電機。
開(kāi)關(guān)磁阻電機從發(fā)展歷程看,時(shí)間比較短,算是新生代,它誕生在上世紀80年代,至今也就三十多年,是一種新型調速電機。開(kāi)關(guān)磁阻電機調速系統兼具直流、交流兩類(lèi)調速系統的優(yōu)點(diǎn),是繼變頻調速系統、無(wú)刷直流電動(dòng)機調速系統的最新一代無(wú)極調速系統。它的結構簡(jiǎn)單、堅固、維護方便甚至免維護,起動(dòng)及低速時(shí)轉矩大、電流小;高速恒功率區范圍寬、性能好,在寬廣轉速和功率范圍內都具有高輸出和高效率而且有很好的容錯能力。我國對開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機調速系統的研究與試制起步于20世紀80年代末90年代初,取得了從基礎理論到設計制造技術(shù)多方面的成果與進(jìn)展,但產(chǎn)業(yè)化及應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(chēng)為“開(kāi)關(guān)磁阻調速電動(dòng)機”。
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機調速系統主要由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(SRM)、功率變換器、控制器、轉子位置檢測器四大部分組成。控制器內包含控制電路與功率變換器,而轉子位置檢測器則安裝在電機的一端。
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機調速系統所用的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(SRM)是SRD中實(shí)現機電能量轉換的部件,也是SRD有別于其他電動(dòng)機驅動(dòng)系統的主要標志。SRM系雙凸極可變磁阻電動(dòng)機,其定、轉子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體,定子極上繞有集中繞組,徑向相對的兩個(gè)繞組聯(lián)接起來(lái),稱(chēng)為“一相”。電動(dòng)機可以設計成多種不同相數結構,且定、轉子的極數有多種不同的搭配。相數多、步距角小,有利于減少轉矩脈動(dòng),但結構復雜,且主開(kāi)關(guān)器件多,成本高,現今應用較多的是四相(8/6)結構和三相(12/8)結構。
通過(guò)控制加到電動(dòng)機繞組中電流脈沖的幅值、寬度及其與轉子的相對位置(即導通角、關(guān)斷角),即可控制電動(dòng)機轉矩的大小與方向,這正是SR電動(dòng)機調速控制的基本原理。
由于結構特點(diǎn),開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機傳動(dòng)系統綜合了感應電動(dòng)機傳動(dòng)系統和直流電動(dòng)電機傳動(dòng)系統的優(yōu)點(diǎn),其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
1、電機結構簡(jiǎn)單、堅固,制造工藝簡(jiǎn)單。成本低,轉子僅由硅鋼片疊壓而成,可工作于極高轉速;定子線(xiàn)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(dòng)環(huán)境。
2、損耗主要產(chǎn)生在定子,電機易于冷卻;轉子無(wú)永磁體,允許有較高的溫升。
3、轉矩方向與相電流方向無(wú)關(guān),從而可減少功率變換器的開(kāi)關(guān)器件數,降低系統成本。
4、功率變換器不會(huì )出現直通故障,可靠性高。
5、起動(dòng)轉矩大,低速性能好,無(wú)異步電動(dòng)機在起動(dòng)時(shí)所出現的沖擊電流現象。
6、調速范圍寬,控制靈活,易于實(shí)現各種待殊要求的轉矩速度特性。
電動(dòng)汽車(chē)的心臟——電機知識科普之開(kāi)關(guān)磁阻電機篇
7、在寬廣的轉速和功率范圍內都具有高效率。
8、能四象限運行,具有較強的再生制動(dòng)能力。
主要的不足有:
1、轉矩脈動(dòng)。從工作原理可知,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機轉子上產(chǎn)生的轉矩是由一些列脈沖轉矩疊加而成的,由于雙凸極結構和磁路飽和非線(xiàn)性的影響,合成轉矩不是恒定轉矩,而有一定的諧波分量,影響了電動(dòng)機低速運行性能。
2、傳動(dòng)系統的噪聲與震動(dòng)比一般電動(dòng)機大。
3、電動(dòng)機的出線(xiàn)頭較多,如三相SR 電動(dòng)機至少有四根出線(xiàn)頭,四相SR電動(dòng)機至少有五根出線(xiàn)頭,而且還有位置檢測器出線(xiàn)端。對于整體的線(xiàn)路布局有影響。
4、控制部分相對比較復雜,一定程度上提升了整體成本。
電動(dòng)汽車(chē)的心臟——電機知識科普之開(kāi)關(guān)磁阻電機篇
小電評:
開(kāi)關(guān)磁阻電機的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都非常明顯,對于家用車(chē)領(lǐng)域,像脈動(dòng)引起的噪音與震動(dòng)確實(shí)是難以控制和非常影響用戶(hù)體驗的,因此并沒(méi)有大規模應用。但是在商用車(chē)領(lǐng)域,它就可以大顯身手了,國內很多電動(dòng)公交車(chē)、大巴和貨車(chē)上面,都能夠看到它的身影。對于這種電機的未來(lái),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(lái)持謹慎樂(lè )觀(guān)態(tài)度,畢竟以目前的電控技術(shù)發(fā)展速度看,它的弱點(diǎn)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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