开关磁阻电机和控制提供了另一种解决方案
2003年2月控制工程文章《开关磁阻电机的春天?》点击这里返回正文
开关磁阻(SR)技术为用户提供了一种简单，坚固的电动机，能够提供高扭矩和速度。然而，控制电子和一个复杂的驱动器需要从这些机器获得如此高性能。同样，需要某种形式的反馈传感器来适当地换向SR电机的相位绕组。为了降低反馈设备的成本，无传感器(或无编码器)反馈方法正在研究和实施。
当我们说SR电机很简单时，我们是什么意思呢?以下是达纳汽车系统集团高级产品开发总监约翰•希基的观点。他说:“开关磁阻电机是一种同步电机，当转子移动到受激相绕组电感最大的位置时，转子产生扭矩。”在SR电机中，转子和定子仅由形成凸极(或齿)的钢片组成，并“焊接成堆叠组件”。定子绕组在每个定子极上包含一组线圈，根据特定电机设计的相数和定子极数，以串联或并联的方式连接。Hickey先生补充说:“电机激励只是以精确的方式将电流脉冲序列应用于每个相位，以实现平稳有效的运行。”
利与弊
Baldor电气公司(Fort Smith, AR)的产品经理Brian Lawson证明SR电机结构简单，他说:“转子，没有铝或铜导体，只由一堆无源层片组成，再可靠不过了。除了轴-堆组件外，转子上没有其他组件会导致寿命失效。轴承完整性真正成为这种无刷电机的寿命限制。’”
与此同时，劳森先生提到，SR电机有有害的扭矩波动，特别是在低速时。“它就像一个巨大的步进电机，(但)性能在某些小众应用中是完全可以接受的。”
本文主要讨论了SR电机的优点和缺点，例如转矩脉动和噪声。改进是在大量的开发努力和成本下进行的，这削减了低成本电机的潜在储蓄。SR电机还面临着来自替代技术的激烈竞争。交流感应电机和永磁同步电机的安装基数巨大，基于sr电机的系统必须与之进行正面竞争。由于它们相对较小的生产数量，SR技术的制造成本往往更高。
根据Baldor产品经理John Mazurkiewicz的说法，SR电机和驱动器代表了定制应用，每个电机和控制都必须进行优化。他表示:“如果业务量足够大，这样做的成本可能会更低。”
| Baldor Electric目前的工具是生产用于“商业混合”应用的SR电机和控制器，在1200转时需要2.7马力。该电机是一个开放的层压，风扇冷却设计，并接近180 NEMA框架。SR驱动器采用开放式底盘设计，可安装在混合机上的面板内。驱动器接受命令在RS-485串行总线从操作员界面，持有定时器配方不同的混合。 |
在控制端
SR控制基本上与其他类型的多相电机控制设计相同。
典型的SR控制包括一个转换器部分，通过整流和滤波将交流输入电源转换为直流电源，然后是一个功率控制部分，使用数字电子设备提供低电平控制信号，然后是逆变器部分，其中驱动器和功率输出设备向电机相位提供直流母线供电的脉宽调制(PWM)电流。
一些制造商表示，他们需要更多的集成电源模块(ipm)供应商，以满足工业SR控制的功率要求。合适的ipm可以降低SR功率控制的成本，提高可靠性。
应用程序不同
开关磁阻技术正瞄准利基工业市场。这是在过去几年中商业应用激增之后，其中最广为人知的是在美泰格洗衣机中使用SR电机。汽车应用——尤其是混合动力汽车——正在引起SR电机的注意，例如线控制动和转向辅助。实验室离心机，纺织机械主轴轴和螺杆式空气压缩机是目前的工业应用。SR电机承受极端温度(高达1000°F)的能力也在研究中。
Emotron AB(赫尔辛堡，瑞典);美国办事处:托莱多，俄亥俄州)，一个长期的开关磁阻产品制造商，提到其最新的SR电机和驱动产品，大量生产，用于商业建筑通风系统。EMS-VVX低速电机和驱动器可有效控制通风系统中的旋转热交换器，而无需齿轮减速器。Emotron市场总监Per Zellman表示，这种热回收轮的直径可达3.5米(11.5英尺)(见图)。Zellman先生说:“驱动系统基于无传感器SR电机控制，并结合了低速操作和制动能力。”
| Emotron的EMS-VVX开关磁阻驱动系统有三种电机尺寸，最大扭矩输出为6 Nm (53.1 lb-in.)，控制器尺寸与之匹配。对于所示的通风系统应用，三种尺寸的SR驱动器可以分别处理最大直径为1.5,2.5和3.5 m的热交换器车轮，转速为10-12 rpm。 |
Baldor Electric列举了以下“应用机会”，目前正在开发SR电机:螺杆式空气压缩机;离心液泵;以及商用洗涤、萃取、干燥设备。
额外的SR技术供应商
除了主要文章中介绍的制造商外，还有许多制造商活跃在开关磁阻电机和驱动器领域。这里有一个例子。
阿美特克羔羊电器(Kent, OH)生产一系列由开关磁阻电机驱动的真空风扇系统。该公司是为地面护理，户外电源设备和其他市场的原始设备制造商(oem)提供真空/空气移动电机的主要品牌。
Radio-Energie(Marcoussis, France)生产一系列在24 V直流电源上运行的无刷SR电机和驱动器。电机的功率范围为0.7-2 kW，转速为3,000 rpm。据称，这些无磁产品为叉车、轻型电动汽车和相关牵引应用提供了具有竞争力的解决方案。欲了解更多信息，请访问www.radio-energie.fr
SR传动有限公司(Harrogate, U.K.)是美国艾默生电气公司(Emerson Electric Co.)的子公司，是开关磁阻技术的知名设计师和开发商。该公司提供所有主要的SR系统元件-电机，驱动器，以及相关的电源和控制电子设备，电路等。更多信息，请点击www.srdrives.com
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