周揚(yáng)

摘 要：開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)集智能控制、微處理機(jī)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(shí)又高效、節(jié)能，這些優(yōu)點(diǎn)都是傳統(tǒng)電機(jī)無(wú)法相比的。本文將探討高性能開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)在節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)；節(jié)能系統(tǒng)；應(yīng)用；策略

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

電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電磁裝置，通過(guò)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為電器或各類機(jī)械的動(dòng)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(kāi)電機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電機(jī)保有量已超過(guò)17億千瓦，而總耗電量超過(guò)3萬(wàn)億千瓦，約占社會(huì)總用電的2/3?！诔珜?dǎo)可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)的今天，必須認(rèn)真研究淘汰高能耗落后電機(jī)。

而開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)便不失為一種上佳的選擇。

1 開(kāi)關(guān)阻磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)

開(kāi)關(guān)阻磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，是1980年代中期發(fā)展起來(lái)的新型無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，它將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)與現(xiàn)代控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)一體化技術(shù)融為一體，兼具直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，是現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中強(qiáng)有力的生力軍。

開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)用來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換；功率變換器向開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量；控制器綜合處理速度指令、速度反饋信號(hào)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(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制；電流傳感器檢測(cè)通過(guò)電機(jī)相繞組的電流強(qiáng)度，向控制器反饋電流信息；位置傳感器檢測(cè)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(dǎo)通與關(guān)斷。

開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組，不存在鑄造不良、或在使用過(guò)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(yùn)行（轉(zhuǎn)達(dá)可達(dá)超過(guò)每分鐘一萬(wàn)轉(zhuǎn)）。

（2）電機(jī)各相獨(dú)立工作，各項(xiàng)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(dòng)機(jī)必須在在各相繞組與磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，才能讓電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；某一相繞組或某一相電路發(fā)生故障，電動(dòng)機(jī)就得停轉(zhuǎn)。

（3）起動(dòng)電流低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高：即便起動(dòng)電流只有額定電流的15%，開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩仍可達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的100%；當(dāng)起動(dòng)電流只有額定電流的30%時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩則可達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的250%?！话阒绷麟姍C(jī)的起動(dòng)電流必須達(dá)到額定電流的100%，才能獲得100%的額定轉(zhuǎn)矩；鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流必須達(dá)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(guò)1：20，轉(zhuǎn)速波動(dòng)可降低到0.06%；適用于頻繁起停和正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行，能耗小，效率高。

目前，國(guó)內(nèi)電機(jī)效率平均水平比國(guó)外同類電機(jī)低3%～5%，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率則比國(guó)外同類系統(tǒng)低10%～20%。且電機(jī)普遍老化，高效電機(jī)的應(yīng)用不足8%；所以，開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)有廣泛的應(yīng)用前景。

2 開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)在節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 在油田抽油機(jī)中應(yīng)用開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)

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(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)與抽油機(jī)共同組成抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)沖次給定，向開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)速信號(hào)，同時(shí)由轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器向開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)發(fā)出電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

據(jù)測(cè)算，該系統(tǒng)起動(dòng)電流只需達(dá)到額定運(yùn)行電流的30%，便能使獲得相當(dāng)于額定轉(zhuǎn)矩150%的起動(dòng)轉(zhuǎn)距；無(wú)需進(jìn)行退磁；又實(shí)現(xiàn)了上沖程快，下沖程慢，可以大幅增加抽油機(jī)產(chǎn)量；同時(shí)減少供電容量，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，減少日常維修費(fèi)用；該系統(tǒng)可頻繁進(jìn)行起停與正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)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(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，減少了抽油桿的磨損，使用壽命更長(zhǎng)；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(yīng)用開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)

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

利用SRD控制器，與開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)、中央空調(diào)風(fēng)機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)，把控制部件與傳感器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻水泵的溫度、壓力等工藝參數(shù)與電機(jī)功率（設(shè)備參數(shù)）的優(yōu)化控制，可以使風(fēng)機(jī)、水泵在最省電的情況下穩(wěn)定運(yùn)行，既確保高層建筑內(nèi)部溫度適宜，又避免了電能浪費(fèi)。

據(jù)測(cè)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(dá)0.99；該系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制，通過(guò)溫度傳感器與壓力傳感器實(shí)時(shí)捕捉冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻水泵中的溫度、壓力，再將信號(hào)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(biāo)值進(jìn)行比較運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)阻磁電動(dòng)機(jī)，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(dòng)，不會(huì)對(duì)設(shè)備輸出沖擊電流；電機(jī)使用壽命極長(zhǎng)，不存在絕緣老化的問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

高性能開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)體現(xiàn)了電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，克服了交流調(diào)速的缺點(diǎn)，在節(jié)能領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。我們應(yīng)加速推廣、應(yīng)用高性能開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，以加速國(guó)內(nèi)電機(jī)的更新?lián)Q代。

參考文獻(xiàn)：

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[2]宋秋爽.雙開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)并聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.

[3]高超.一種適合在節(jié)電領(lǐng)域推廣應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)——開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī) [A].中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)，第九屆全國(guó)電技術(shù)節(jié)能學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)：中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)，2007：3.

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