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1振動電機 概述 開關(guān)磁阻電機是80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可*及效率高等突出特點，成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力的競爭者，引起各國學者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注?？鐕姍C公司emerson電氣公司還將開關(guān)磁阻電機視為其下世紀調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的新的技術(shù)、經(jīng)濟增長點。目前開關(guān)磁阻電機已廣泛或開始應(yīng)用于工業(yè)、航空業(yè)和家用電器等各個領(lǐng)域。隨著對開關(guān)磁阻電機認識的深入，其應(yīng)用必將更為普遍。本文簡要介紹了開關(guān)磁阻電機的工作原理和特點，以及在家電業(yè)的應(yīng)用概況。

2 工標準振篩機作原理和特點

圖1 開關(guān)磁阻電機的典GS型香蕉型滾軸篩型結(jié)構(gòu)原理圖

圖1所示是開關(guān)磁阻電機的典型結(jié)構(gòu)原理圖，電機為雙凸極結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子僅由疊片疊壓而成，既無繞組也無永磁體yzo振動電機；定子各極上繞有集中繞組，徑向相對極的繞組串聯(lián)，構(gòu)成一相。其工作原理遵循“磁阻最小原理”— —磁通總是要沿磁阻最小的路徑閉合，因磁場扭曲而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。順序給a－b－c－d相繞組通電，則轉(zhuǎn)子便按逆時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動起來。當主開關(guān)管s1、s2導通時，a相繞組從直流電源v吸收電能；而當s1、s2關(guān)斷時，繞組電流通過續(xù)流二極管d1、d2，將剩余能量回饋給電源v。因此，開關(guān)磁阻電機具有再生的能力，系統(tǒng)效率高。對開關(guān)磁阻電機的理論研究和實踐證明，該系統(tǒng)具有許多顯著的特點：

（1）電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固，制造工藝簡單，成本低，可工作于極高轉(zhuǎn)速；定子線圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可*，能適用于各種惡劣、高溫破碎機甚至強振動環(huán)境。
（2）損耗主要產(chǎn)生在定子，電機易鏈條式輸送機于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許有較高的溫升。
（3）轉(zhuǎn)矩方向與電流方破碎機向無關(guān)，從而可最大限度簡化功率變換器，降低系統(tǒng)成本。
（4）功率變換器不會出現(xiàn)直立軸沖擊式破碎機通故障，可*性高。
（5）起動轉(zhuǎn)矩大，低速性能好，無感應(yīng)電動機在起氣旋篩動時所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象。
（6）調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩第三代制砂機－速度特性。
（7）QXS氣旋篩在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高效率
（8）能四象限運行，電磁振動具有較強的再生制動能力。

與當前廣泛應(yīng)垂直輸送機用的變頻調(diào)速感應(yīng)電動機相比，開關(guān)磁阻電機在成本、效率、調(diào)速性能、單位體積功率、可*性、散熱性等都具有明顯的優(yōu)勢或競爭力。圖2是不同功率等級開關(guān)磁阻電機和變頻調(diào)速感應(yīng)電機的效率比較（功率均折算到1500r/min）。

圖2 不同功率等級開關(guān)磁阻電機破碎篩分機和變頻調(diào)速感應(yīng)電機的效率比較

如果說第一代開關(guān)磁阻電機（1983年研制）在小功率范圍的效率比高效變頻調(diào)速感應(yīng)電動機低，第二代開關(guān)磁阻電機（1988年研制）的效率已全面超過了高效變頻調(diào)速感應(yīng)電動機。更難得的是，開關(guān)磁阻電機在寬廣的速度和功率范圍內(nèi)都能保持較高的效率，這是變頻調(diào)速感應(yīng)電動機難以比擬的。感應(yīng)電動機要取得與直流電機相近的調(diào)速特性需采用復雜的矢量控制系統(tǒng)，而開關(guān)磁阻電機通過調(diào)整開通角、關(guān)斷角、電壓和電流，可以得到不同負載要求的機械特性，控制簡單、靈活，能容易地實現(xiàn)軟啟動和四象限運行，而且由于這是一種純邏輯的控制方式，很容易智能化，通過修改軟件調(diào)整電機工作特性滿足不同應(yīng)用要求。由于開關(guān)磁阻電機固有復合破碎機的轉(zhuǎn)矩波動，可能導致較大的噪聲和振動，事實上這種情況的發(fā)生往往與電機設(shè)計和控制的不合理相關(guān)，通過優(yōu)化電機設(shè)計和控制策略，轉(zhuǎn)矩波動和噪聲完全可以得到有效的抑制，正確認識到這一點對開關(guān)磁阻電機的開發(fā)和應(yīng)用是很重要的。srd ltd.公司開發(fā)的伺服應(yīng)用開關(guān)磁阻電機，轉(zhuǎn)矩波動僅為0.05%。圖3 為132機座開關(guān)磁阻電機的聲壓級，及與同機座號變頻感應(yīng)電動機噪聲的比較，在額定工作點的噪聲已比變頻感應(yīng)電動機噪聲低，且應(yīng)注意到開關(guān)磁阻電機具有10kw的額定功率，而變頻感應(yīng)電動機只有7.5kw額定功率。近年研究的最優(yōu)勵磁控制策略、兩次換流控制策略、電機噪聲根源、定子振動模態(tài)、定子固有頻率計算等成果對降低電機噪聲都有積極的促進作用。隨著設(shè)計和制造水平的提高，噪聲必將進一步降低。

圖3 132機座開關(guān)磁阻電機（10kw，1500r/min）聲壓級

與變頻調(diào)速的另一類電機永磁無刷直流電動機相比，開關(guān)磁阻電機在成本、調(diào)速性能、可*性和散熱性等依然保持優(yōu)勢，但和變頻感應(yīng)電動機一樣都存在勵磁懲罰（既勵磁電損耗）的問題，效率和單位體積功率稍顯不足。但在一些應(yīng)用場合，開關(guān)磁阻電機在效率和輸出功率依然具有優(yōu)勢。文獻5給出一種低壓大轉(zhuǎn)矩伺服應(yīng)用兩種電機的比較數(shù)據(jù)，開關(guān)磁阻電機與無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩比為2.04，系統(tǒng)效率比2.04，轉(zhuǎn)動慣量比0.422。目前永磁式開關(guān)磁阻電機也在研究，初步的測試結(jié)果表明效率和單位體積功率的不足完全可以克服。

3 在家電業(yè)的應(yīng)用概況

近20年來，開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用和發(fā)展取得了明顯的進步，已成功地應(yīng)用于電動車驅(qū)動、通用工業(yè)、家用電器和紡織機械等各個領(lǐng)域，功率范圍從10w到5mw，最大速度高達100000 r/min。以下簡要介紹開關(guān)磁阻電機在家電行業(yè)中的應(yīng)用實例。

開關(guān)磁阻電機最初的應(yīng)用領(lǐng)域就是電動車。我國摩托車從90年代初的71.9萬輛起，每年以140％左右的速度增長。1995年年產(chǎn)達783.6百萬輛，1997年年產(chǎn)量已超過1000萬輛，是世界摩托車產(chǎn)量的第一大國，摩托車燃油所造成的環(huán)境污染，已到了必須采取措施的地步，其最好的對策是采用電動摩托車。我國又是一個自行車王國，隨著城市范圍的擴大，人力自行車顯得太慢太費力，電動自行車則是一個很好的代步工具。目前電動摩托車和電動自行車的驅(qū)動電機主要有永磁無刷及永磁有刷兩種，然而采用開關(guān)磁阻電機驅(qū)動有其獨特的優(yōu)勢。圖4a為美國tridelta工業(yè)公司開發(fā)的開關(guān)磁阻電機驅(qū)動的助力車，原動力為小型汽油發(fā)動機。當高能量密度和系統(tǒng)效率為關(guān)鍵指標時，開關(guān)磁阻電機變?yōu)槭走x對象。圖4b為美國emb公司開發(fā)的電動摩托車，采用兩相開關(guān)磁阻電機驅(qū)動。

開關(guān)磁阻電機在電動車的應(yīng)用充分體現(xiàn)該系統(tǒng)許多明顯的優(yōu)點：

（1）開關(guān)磁阻電機不僅效率高，而且在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持高效率，這是其它類型驅(qū)動系統(tǒng)難以達到的。這種特性對電動車的運行情況尤為適合，有利于提高電動車的續(xù)駛里程。
（2）開關(guān)磁阻電機很容易通過采用適當?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計滿足電動車四象限運行的要求，并且還能在高速運行區(qū)域保持強有力的制動能力。
（3）開關(guān)磁阻電機有很好的散熱特性，從而能以小的體積取得較大的輸出功率，減小電機體積和重量。
（4）通過調(diào)整開通角和關(guān)斷角，開關(guān)磁阻電機完全可以達到它激直流電機驅(qū)動系統(tǒng)良好的控制特性，而且這是一種純邏輯的控制方式，很容易智能化，從而能通過重新編程或替換電路元件，方便地滿足不同運行特性的要求。
（5）開關(guān)磁阻電機無論電機還是功率變換器都十分堅固可*，無需或很少需要維護，適用于各種惡劣、高溫環(huán)境，具有良好的適應(yīng)性。

在食品加工機械中，開關(guān)磁阻電機顯現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢：

（1）體積小。
（2）不燒電機。
（3）沒有或只有小的齒輪減速比。
（4）電機外形設(shè)計靈活，適應(yīng)性好（“扁平”或“細長”）。
（5）安全停機。
（6）速度離散可選或連續(xù)可調(diào)。
（7）易實現(xiàn)特殊要求的機械特性（軟件編程）。

圖5為某食品加工機械用普通電機和開關(guān)磁阻電機對比，開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)、體積、特性上的優(yōu)勢非常明顯，降低了電機成本，提高了產(chǎn)品的可*性。

圖5某食品加工機械用普通電機和開關(guān)磁阻電機

隨著人們生活水平的提高，洗衣機已逐漸深入千家萬戶，洗衣機也經(jīng)歷了手動機械洗衣機、半自動洗衣機、全自動洗衣機的發(fā)展過程，并不斷智能化。洗衣機電機也由簡單的有級調(diào)速電機發(fā)展為無級調(diào)速電機。開關(guān)磁阻電機由于低成本、高性能、智能化已開始應(yīng)用于洗衣機，在美國高檔洗衣機中已小批量采用，并取得明顯的優(yōu)點：

（1）很低的洗滌速度。
（2）良好的衣物分布性。
（3）滾筒平衡性好。
（4）快速安全停機。
（5）軟起動。
（6）電流限幅。
（7）最大速度高，低速轉(zhuǎn)矩大。
（8）機械特性易調(diào)整。
（9）對水溫、水流等易于智能控制。

圖6為地板磨光機和所用的開關(guān)磁阻電機，新系統(tǒng)具有：

（1）軟起動，起、制動平滑。
（2）工作轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)生鏡面磨光效果。
（3）速度保護防止危險的飛逸，保證磨光的一致性。
（4）電機無電刷和永久磁鋼，降低材料成本和勞動成本，減少了產(chǎn)品維護，保證了產(chǎn)品長壽命。
（5）效率由原系統(tǒng)的55%提高到75%。
（6）體積小、重量輕，操作容易。
（7）電機適用于各種尺寸的地板磨光機。

4 結(jié)束語

作為一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，開關(guān)磁阻電機以其結(jié)構(gòu)簡單、低成本、高效率、優(yōu)良的調(diào)速性能和靈活的可控性，愈來愈得到人們的認可和應(yīng)用，成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力競爭者，隨著設(shè)計和制造水平的提高，專用控制芯片和集成功率器件的開發(fā)，開關(guān)磁阻電機必將得到更為廣泛應(yīng)用。