高性能開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在節(jié)能系統(tǒng)中的應用策略

周揚

摘 要：開關(guān)磁阻調(diào)速電動機集智能控制、微處理機技術(shù)與電力電子技術(shù)于一身，具有優(yōu)良的調(diào)速性能與極高的可靠性，同時又高效、節(jié)能，這些優(yōu)點都是傳統(tǒng)電機無法相比的。本文將探討高性能開關(guān)磁阻調(diào)速電動機在節(jié)能系統(tǒng)中的應用策略。

關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻調(diào)速電動機；節(jié)能系統(tǒng)；應用；策略

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

電機是依據(jù)電磁感應定律，將電能轉(zhuǎn)換為機械能的電磁裝置，通過產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為電器或各類機械的動力源[1]。從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從交通到郵電，從軍事到鐵路，各行各業(yè)都離不開電機。據(jù)統(tǒng)計，我國電機保有量已超過17億千瓦，而總耗電量超過3萬億千瓦，約占社會總用電的2/3。——在倡導可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建資源節(jié)約型社會的今天，必須認真研究淘汰高能耗落后電機。

而開關(guān)磁阻調(diào)速電動機便不失為一種上佳的選擇。

1 開關(guān)阻磁調(diào)速電動機

開關(guān)阻磁調(diào)速電動機，是1980年代中期發(fā)展起來的新型無級調(diào)速系統(tǒng)，它將開關(guān)磁阻電機與現(xiàn)代控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機一體化技術(shù)融為一體，兼具直流電動機調(diào)速系統(tǒng)與異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，且結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定可靠，是現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中強有力的生力軍。

開關(guān)阻磁電動機由開關(guān)磁阻電機、控制器、功率變換器、位置傳感器、電流傳感器五部分組成[2]。其中，開關(guān)磁阻電機用來進行能量轉(zhuǎn)換；功率變換器向開關(guān)磁阻電機提供運轉(zhuǎn)所需的能量；控制器綜合處理速度指令、速度反饋信號與位置傳感器、電流傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關(guān)的工作狀態(tài)，對開關(guān)磁阻電機運動狀態(tài)進行動態(tài)控制；電流傳感器檢測通過電機相繞組的電流強度，向控制器反饋電流信息；位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置與速度，向控制器反饋轉(zhuǎn)子信息，使控制器能正確控制相繞組的導通與關(guān)斷。

開關(guān)阻磁電動機具有許多優(yōu)點：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，不存在鑄造不良、或在使用過程中發(fā)生斷條的可能性、成本較低，能夠在高速及惡劣環(huán)境下運行（轉(zhuǎn)達可達超過每分鐘一萬轉(zhuǎn)）。

（2）電機各相獨立工作，各項繞組與磁路在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，具有更高的系統(tǒng)可靠性——而一般電動機必須在在各相繞組與磁路共同作用下產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，才能讓電動機正常運轉(zhuǎn)；某一相繞組或某一相電路發(fā)生故障，電動機就得停轉(zhuǎn)。

（3）起動電流低，起動轉(zhuǎn)矩高：即便起動電流只有額定電流的15%，開關(guān)阻磁電動機起動轉(zhuǎn)矩仍可達到額定轉(zhuǎn)矩的100%；當起動電流只有額定電流的30%時，起動轉(zhuǎn)矩則可達到額定轉(zhuǎn)矩的250%?！话阒绷麟姍C的起動電流必須達到額定電流的100%，才能獲得100%的額定轉(zhuǎn)矩；鼠籠感應電動機的起動電流必須達到額定電流的300%，才能獲得100%的額定轉(zhuǎn)矩[3]。

（4）調(diào)速性能好，調(diào)速比超過1：20，轉(zhuǎn)速波動可降低到0.06%；適用于頻繁起停和正反向轉(zhuǎn)換運行，能耗小，效率高。

目前，國內(nèi)電機效率平均水平比國外同類電機低3%～5%，電機系統(tǒng)運行效率則比國外同類系統(tǒng)低10%～20%。且電機普遍老化，高效電機的應用不足8%；所以，開關(guān)阻磁電動機有廣泛的應用前景。

2 開關(guān)阻磁電動機在節(jié)能系統(tǒng)中的應用

2.1 在油田抽油機中應用開關(guān)阻磁電動機

利用轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器、電流模糊PID調(diào)節(jié)器、SRD控制器、開關(guān)阻磁電動機與抽油機共同組成抽油機驅(qū)動系統(tǒng)，根據(jù)沖次給定，向開關(guān)阻磁電動機發(fā)出轉(zhuǎn)速信號，同時由轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器向開關(guān)阻磁電動機發(fā)出電流信號，驅(qū)動抽油機運轉(zhuǎn)。

據(jù)測算，該系統(tǒng)起動電流只需達到額定運行電流的30%，便能使獲得相當于額定轉(zhuǎn)矩150%的起動轉(zhuǎn)距；無需進行退磁；又實現(xiàn)了上沖程快，下沖程慢，可以大幅增加抽油機產(chǎn)量；同時減少供電容量，節(jié)約運營成本，減少日常維修費用；該系統(tǒng)可頻繁進行起停與正反向轉(zhuǎn)換運行，調(diào)速極為方便，再不必去停產(chǎn)、轉(zhuǎn)換皮帶輪；該系統(tǒng)還實現(xiàn)了軟啟動，減少了抽油桿的磨損，使用壽命更長；此外，該系統(tǒng)能防止盜電、竊電。

2.2 在中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)中應用開關(guān)阻磁電動機

目前，中央空調(diào)電機主要采用三相異步電機、或變頻控制+三相異步電機進行節(jié)能。三相異步電機功辛率因數(shù)低，無法進行調(diào)速，啟動沖擊電流很大，而變頻控制+三相異步電機雖然能進行變速控制，但調(diào)速范圍較窄，若頻率低于36Hz，效率會快速下降；控制電路容易發(fā)生短路，電機壽命較短[4]。

利用SRD控制器，與開關(guān)阻磁電動機、中央空調(diào)風機系統(tǒng)、冷卻泵、管道電磁閥組成中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，采用模糊化控制與計算機技術(shù)，把控制部件與傳感器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過對冷卻風機、冷卻水泵的溫度、壓力等工藝參數(shù)與電機功率（設備參數(shù)）的優(yōu)化控制，可以使風機、水泵在最省電的情況下穩(wěn)定運行，既確保高層建筑內(nèi)部溫度適宜，又避免了電能浪費。

據(jù)測算，該系統(tǒng)采用多參數(shù)非線性控制與變速控制，功率因率可高達0.99；該系統(tǒng)實行閉環(huán)控制，通過溫度傳感器與壓力傳感器實時捕捉冷卻風機、冷卻水泵中的溫度、壓力，再將信號輸入到PLC控制系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)根據(jù)溫差、壓差的反饋值與目標值進行比較運算，自動調(diào)節(jié)開關(guān)阻磁電動機，節(jié)約30%～80%的電能；該系統(tǒng)調(diào)速比高于1：20，而效率則保持在90%以上；該系統(tǒng)采用軟啟動，不會對設備輸出沖擊電流；電機使用壽命極長，不存在絕緣老化的問題。

3 結(jié)束語

高性能開關(guān)磁阻電動機體現(xiàn)了電機技術(shù)的進步，克服了交流調(diào)速的缺點，在節(jié)能領(lǐng)域有廣闊的應用空間。我們應加速推廣、應用高性能開關(guān)磁阻電動機，以加速國內(nèi)電機的更新?lián)Q代。

參考文獻：

[1]王成，張惠，王凱.基于智能控制的開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)中的重要應用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2017，37（04）：

119-120.

[2]宋秋爽.雙開關(guān)磁阻調(diào)速電動機并聯(lián)拖動系統(tǒng)研究[D].中國礦業(yè)大學，2009.

[3]高超.一種適合在節(jié)電領(lǐng)域推廣應用的電動機——開關(guān)磁阻調(diào)速電動機 [A].中國電工技術(shù)學會，第九屆全國電技術(shù)節(jié)能學術(shù)會議論文集[C].中國電工技術(shù)學會：中國電工技術(shù)學會，2007：3.

[4]李江林.開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的技術(shù)和研究[J].煤礦機電，1999

（05）：8-11.