三類同步電機特色各異的性能與應用

電子發燒友網報道（文/李寧遠）電機品種繁多，普遍有兩種分類方式：按照控制方式可以分為伺服電機、步進電機和力矩電機等；按照驅動方式分為直流電機和交流電機，其中交流電機按照轉子和定子轉動是否同步可以分為同步電機和異步電機。

同步電機作為交流電機中重要的門類，在相當多領域都有其應用。在工業領域高精度應用里同步電機備受青睞，現在熱門的電動汽車領域也有不少它的身影，如比亞迪電動汽車的電機系統就偏愛同步電機。同步電機具備哪些獨特的優勢又在如何發展呢？

小體積大功率的同步電機

同步電機最直接的特征就是同步，完全被不同于異步電機。即當處于穩態時，同步電機的轉速恒為常數而與負載的大小無關。這一特性需要通過恒定磁場和旋轉磁場之間的相互作用來實現，轉子通直流電產生極性恒定的靜止磁場，定子通三相交流電產生旋轉磁場。

同步電機的同步轉速僅僅和電頻率以及電機極對數相關，極對數是確定的，在電頻率不變的穩態下電機轉速固定。這也是為什么高精度應用青睞同步電機，電機轉速只需要通過改變電頻率就可以精準控制。

在發電機應用上同步電機的功率因數優勢獨具一格。而作為電動機應用，在同重量和體積下，同步電機能給到更大的功率和扭矩。這一特點在永磁同步電機上表現的很明顯。這也是一些車廠會選擇永磁同步電機作為核心電機的原因，永磁同步電機的應用可以給動力電池留出足夠的空間，整車質量也更容易減輕。

而且，同步電機運行起來也相對安靜。但退磁這個問題一直讓人困擾，沒有特別好的解決辦法。

三大同步電機

永磁同步電機自然是同步電機里最受關注的品類，但其實同步電機里還有磁阻同步電機和磁滯同步電機一直在發展更新。

永磁同步電機不用做過多介紹，是現在高能效電機的代表、高精度定速驅動的理想選擇，非常適用于直接驅動大馬力的負載。永磁同步電機高昂的成本和復雜的加工工藝帶來的轉矩密度、效率、功率因數也遙遙領先于其他同步電機。

永磁同步電機性能雖好但成本并不友好，磁阻同步電機的誕生正源于對低成本高性能電機的需求。隨著電子器件和磁場定向控制技術的進步，同步磁阻電機在相當多應用場合得到了應用。目前已經有廠商的產品能做到不使用稀土磁體但能替代永磁同步電機的性能指標。

磁阻同步電機利用轉子在不同位置引起的磁阻變化產生的磁拉力形成磁阻轉矩來進行運動。在控制技術的進步下，同步磁阻電機現在有著成本低、效率穩定、轉矩脈動小、可靠性高的特點，在永磁同步電機的性能和異步電機的簡單易用特點上做了結合，很契合對成本控制嚴格，又對性能有一定要求的場景。

現在磁阻同步電機的性能在材料、器件、控制技術的發展下性能越來越好，在電動汽車里的應用也在不斷探索中。

而磁滯同步電機，則是同步電機家族中功率最小的那一類。磁滯同步電機利用轉子上產生的磁滯轉矩啟動和運行。磁滯效應是普遍存在于磁材料中，實現起來并不復雜，磁滯特性好的材料即可用于磁滯同步電機。

它最大的特點是結構簡單啟動方便，除此之外不論是效率還是瞬態穩定性都比較差，會在一些要求轉速恒定的場合有特定的應用。

小結

三大類同步電機正好對應了同步電機的高中低端應用，永磁同步電機成本高對永磁材料要求嚴苛，其性能也是遠超其他同步電機，磁滯同步電機在小功率恒定轉速的應用里也有著其優勢。而磁阻同步電機在不斷的優化發展下，在可控的成本里實現了越來越高的性能，未來應用前景很廣闊。