同步磁阻電機：低成本高性能技術(shù)驅動(dòng)

永磁同步電機由于結構緊湊、能量密度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)在電機行業(yè)受到廣泛關(guān)注。但是，現有的高性能稀土永磁材料價(jià)格很高，而且價(jià)格波動(dòng)極大?，F在國內外都開(kāi)始尋找可替代永磁同步電機的產(chǎn)品。各廠(chǎng)商都希望能將性能稍低的永磁體鐵氧體利用起來(lái)甚至去掉永磁體，同時(shí)電機依舊能保持良好的性能。同步磁阻電機（SynRM）因此走進(jìn)了大家的視線(xiàn)。

其實(shí)早在上世紀20年代就有學(xué)者提出過(guò)同步磁阻電機的概念，即通過(guò)d軸與q軸磁阻的擦會(huì )議產(chǎn)生轉矩從而驅動(dòng)電機。近年來(lái)工業(yè)發(fā)展對低成本高性能的電機需求急劇上升，并隨著(zhù)電子器件和磁場(chǎng)定向控制技術(shù)的進(jìn)步，同步磁阻電機在相當多應用場(chǎng)合得到了應用。

從加工工藝和材料上來(lái)看，同步磁阻電機的轉子鐵心只需要沖壓疊片，相比于異步電機沖壓疊片后還需要后續的工藝，這點(diǎn)上同步磁阻電機更有優(yōu)勢。拋開(kāi)工藝繁雜程度，在相同的定子繞組電流密度下異步電機的輸出轉矩會(huì )高于同步磁阻電機；但考慮到鐵心磨損，在兩種電機相同磨損下同步磁阻電機效率仍然會(huì )略高一些。

同步磁阻電機基本上都是用于變頻調速領(lǐng)域，異步電機則可采用自起動(dòng)運行和變頻調速運行。雖然同步磁阻電機是可以設計成自起動(dòng)模式，但是在同步磁阻電機上完成這種模式代價(jià)很大會(huì )犧牲凸極率。

綜合來(lái)看，同步磁阻電機對比異步電機最主要的優(yōu)勢在于轉子損耗小，不足之處則是不具備自起動(dòng)以及功率因數低。

作為和同步磁阻電機最常比較的機型，永磁同步電機在成本和加工工藝上肯定不如同步磁阻電機工藝有優(yōu)勢?？梢哉f(shuō)同步磁阻電機的成本是遠低于任何一類(lèi)永磁同步電機的。

永磁同步電機高昂的成本和復雜的加工工藝帶來(lái)的轉矩密度、效率、功率因數當然也無(wú)可爭議得領(lǐng)先同步磁阻電機。尤其是效率和功率因數，都是大幅度領(lǐng)先，只有在轉矩密度上同步磁阻電機會(huì )與鐵氧體永磁電機這一類(lèi)較為接近。機械性能上，由于同步磁阻電機轉子一般采用多層磁障，會(huì )弱于只用一層磁障得永磁同步電機。

作為在成本敏感的情況下取代永磁同步電機的產(chǎn)品，同步磁阻電機也性能指標上弱于永磁同步電機是很正常的。隨著(zhù)行業(yè)內同步磁阻電機技術(shù)的深入突破，同步磁阻電機的性能指標會(huì )與永磁同步電機越來(lái)越接近。

依舊先從加工工藝上來(lái)看，開(kāi)關(guān)磁阻電機的轉子通常是幾何凸極設計，顯然比多層磁障的同步磁阻電機轉子工藝更為簡(jiǎn)單。多層磁障下的同步磁阻電機每一層都通過(guò)很薄的磁橋連接，轉子的魯棒性和可靠性會(huì )不如開(kāi)關(guān)磁阻電機。但凸極結構依然有其無(wú)法避免的一點(diǎn)，就是在運行過(guò)程中轉子的風(fēng)摩損耗會(huì )明顯更大。

在驅動(dòng)上同步磁阻電機需要PWM斬波形成的正弦電流來(lái)控制，所以在控制難度上肯定會(huì )大一些，驅動(dòng)器的成本也會(huì )提高一些。復雜的控制帶來(lái)的是額定工況下更小的轉矩脈動(dòng)，更小的振動(dòng)、更低的噪聲以及更高的效率。

（ABB同步磁阻電機）

ABB的IE5 M5AL同步磁阻電機是目前極具代表性的產(chǎn)品之一，提供IE5能效認證。電機工藝上并不含稀土磁體，但是做到了永磁電機的性能指標。

輸出功率覆蓋5.5-315kW。目前國內較為領(lǐng)先的設計院功率大概做到了200kW左右，在高功率上還是比國際上的代表產(chǎn)品還是稍弱一些。ABB的SynRM降低了軸承和繞組溫度，極大延長(cháng)了軸承的使用壽命。ABB的同步磁阻技術(shù)將永磁電動(dòng)機的性能與感應電動(dòng)機的簡(jiǎn)單易用相結合。轉子既沒(méi)有磁體也沒(méi)有繞組，并且幾乎沒(méi)有功率損耗，另外，由于轉子中沒(méi)有磁力，維護就像感應電動(dòng)機一樣簡(jiǎn)單。

（丹佛斯同步磁阻電機）

磁阻同步電機中的所需的開(kāi)環(huán)控制技術(shù)是目前只有少數廠(chǎng)商掌握的核心技術(shù)。丹佛斯和ABB便在其中。高端變頻器開(kāi)環(huán)驅動(dòng)磁阻同步電機這個(gè)領(lǐng)域丹佛斯更有優(yōu)勢。

丹佛斯的FC300系列通過(guò)開(kāi)環(huán)同步磁阻輔助技術(shù)取代傳統的異步電機在節能效益上可達到25%。憑借獨特的永磁同步磁阻輔助 (SRPM) 技術(shù)，FC102，FC202，FC302系列為重載車(chē)輛、機器和船舶開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高性能的動(dòng)力系統。

同步磁阻電機具有成本低、效率穩定、轉矩脈動(dòng)小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可用于對成本控制嚴格的場(chǎng)合，如風(fēng)機，水泵類(lèi)負載。同時(shí)相比于異步電機，同步磁阻電機在功率密度上的優(yōu)勢，可以代替異步電機應用下的驅動(dòng)系統。目前，國內也開(kāi)始了高性能同步磁阻電機應用于電動(dòng)汽車(chē)的探索。