1前言 當(dāng)今新一代高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電機(jī)系統(tǒng)己經(jīng)逐一問世并在很多方面獲得應(yīng)用。該開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是一種集微處理機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、電力電子技術(shù)、智能控制、電機(jī)一體化，具有優(yōu)良調(diào)速性能、高可靠性、高效節(jié)能的機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。其性能優(yōu)于進(jìn)口變頻器并完全可以替而代之。這是因?yàn)橛幸韵绿攸c(diǎn)。 1.1高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主要特點(diǎn) （1）高效節(jié)能 在很寬的調(diào)速范圍和負(fù)載范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率在90％以上，助率因數(shù)0.9以上，空載電流小于1A： （2）低起動(dòng)電流，高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 起動(dòng)電流為額定運(yùn)行電流的30％時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%； （3）優(yōu)越的調(diào)速性能 調(diào)速比超過1：20;轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度，轉(zhuǎn)速波動(dòng)<0.1％，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，可達(dá)0.06% （4）節(jié)約材料 節(jié)約銅材l/3左右： （5）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可靠性高及全數(shù)字化設(shè)計(jì)，可聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制。 那么它與Y（星形）系列電動(dòng)機(jī)+變頻器相比，其優(yōu)勢(shì)又是什么? 1．2與Y系列電動(dòng)機(jī)+變頻器在結(jié)構(gòu)及可靠性之對(duì)比 （1）開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)SRM與Y系列電動(dòng)機(jī)之對(duì)比 1）Y系列電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子方面 由硅鋼片疊成，有鼠籠條，有鋁耗，工藝相對(duì)復(fù)雜，機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)低，可靠性相對(duì)低；而在定子方面：其分布繞組，耗銅相對(duì)多；其繞組承受的匝問電壓峰值：l 000多伏存在絕緣老化，壽命相對(duì)短。 2）而開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)SRM在轉(zhuǎn)子方面（見圖l所示）由硅鋼片疊成，無繞組，沒有鼠籠條，工藝簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，可靠性高；在定子方面（見圖l所示），集中繞組耗銅少：繞組承受的匝問電壓峰值：幾十伏不存在絕緣老化，壽命長(zhǎng)。 （2）開關(guān)磁阻電機(jī)控制器SRD與變頻器對(duì)比 1）變頻器變頻器或無刷直流電動(dòng)機(jī)主電路拓樸結(jié)構(gòu)如圖2a所示，其主電路存在貫穿短路隱患：當(dāng)某相電路出現(xiàn)故障時(shí)，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)不能運(yùn)行。 2）控制器SRD開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)控制器主電路拓樸結(jié)構(gòu)如圖2b所示其主電路不存在貫穿短路隱患；當(dāng)某相電路出現(xiàn)故障時(shí)，各相繞組獨(dú)立工作，電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)工作。 1.3與Y系列電動(dòng)機(jī)+變頻器在性能上比較 1）Y系列電動(dòng)機(jī)+變頻器在功率因數(shù)上。額定點(diǎn)一般為0.8左右，偏離額定點(diǎn)后下降非?？?。在起動(dòng)電流上:一般為4～7倍額定電流；其調(diào)速性能：頻率在36～45Hz之間最佳，低于36Hz效率急劇下降；空載電流：以30 kW為例，電動(dòng)機(jī)電流約10～15A。 2）開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM-SwitchedReluctanceMotor，簡(jiǎn)稱SRM）在功率因數(shù)上。在很寬的范圍內(nèi)一般在0．95左右，最高可達(dá)0.99，呈容性負(fù)載。起動(dòng)電流30％額定電流，可獲得150％額定轉(zhuǎn)矩:調(diào)速性能：調(diào)速比超過1:20;轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度，轉(zhuǎn)速波動(dòng)<0.1％，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，可達(dá)0.06％；空載電流：以30 kW為例系統(tǒng)電流約0.5A。由以上比較可看出，高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有獨(dú)特之優(yōu)勢(shì)，之所以有“獨(dú)特之優(yōu)勢(shì)”，那取決于它的新型結(jié)構(gòu)。 [align=center] [/align] 2高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征 開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是嶄新的一種系統(tǒng)，并且已經(jīng)是智能化和模塊化（如圖3所示），不僅調(diào)速性優(yōu)越，而且各種保護(hù)功能也很完善，已在很多方而大量使用。這項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)問世，便以其寬廣的調(diào)速范圍，良好的機(jī)械特性，卓越的啟動(dòng)制動(dòng)性能，節(jié)能，易維護(hù)等一系列突出優(yōu)點(diǎn)而引起電氣及其他行業(yè)的關(guān)注。 從圖3中可以看出開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是由SRM（開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)）和SRD（控制器，包括信號(hào)處理與功率變換二部件）結(jié)合組成，并能將電功率與機(jī)械能互換輸入輸出的機(jī)電一體化裝置，即將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，也可能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。實(shí)際糸統(tǒng)可由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）、功率變換器、微控制器、電流及位置檢測(cè)器等5大部分組成。 2．1開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（sRM）結(jié)構(gòu)特征 它是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件，它與傳統(tǒng)的磁阻電動(dòng)機(jī)相比，具有本質(zhì)的區(qū)別。在結(jié)構(gòu)上．SRM采用雙凸極形式，即定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式構(gòu)造:定子線圈采用集中式而不是分布式繞組；加在定子繞組上的電壓為不連續(xù)的矩形波而非連續(xù)的正弦波。轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無繞組也無永磁體，定子各極上繞有集中繞組。圖4所示為12/8極（定子12極、轉(zhuǎn)子6極）四相SRM剖面圖。SRM有兩種獨(dú)特的運(yùn)行方式：低速時(shí)采用電流斬波方式；高速時(shí)采用單脈沖角度控制方式。在電流斬波方式中，系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)相繞組電流的大小來控制轉(zhuǎn)矩，因此能準(zhǔn)確知道繞組中實(shí)際電流的大小，對(duì)電流進(jìn)行反饋是很必要的：在角度位置控制方式中，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角和關(guān)斷角來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制，此時(shí)電流己不再作為控制量，但為了防止系統(tǒng)過載或故障則要進(jìn)行過流保護(hù)，所以系統(tǒng)中需要進(jìn)行電流檢測(cè)。 （1）SRM電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性及與其他調(diào)速系統(tǒng)的性能比較 遵循“磁阻最小原理”，通電后，磁路有向磁阻最小路徑變或化的趨勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與電子凸極錯(cuò)位時(shí)，氣隙大、磁阻大：一旦定子磁極繞組通電，就會(huì)形成對(duì)轉(zhuǎn)子凸起的磁拉力，使氣隙變小，磁路磁阻變小。與此同時(shí)用電子開關(guān)按一定邏輯關(guān)系切換定子磁極繞組的通電相序，即可形成連續(xù)旋轉(zhuǎn)的力矩。開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能是由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)于位置檢測(cè)器、功率變換器和控制器（微控制器）共同配臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。 圖5為SAM開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，之所以說它機(jī)械特性好是因啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩的2～3倍，圖5中的A曲線所示。 [align=center] [/align] 表1為SRM與其它調(diào)速系統(tǒng)的性能比較所示。從表1可看出SRM效率高，低耗、節(jié)能。 （2）功率變換器 功率變換器是連接電源和電動(dòng)機(jī)繞組的開關(guān)部件。通過它將電源能量饋入電動(dòng)機(jī)，也可將電動(dòng)機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能反饋回電源，其功率變換電路所用的開關(guān)器件為絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。 值此需要特別指出，與眾不同的是，開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)很容易通過改變電動(dòng)機(jī)的工作方式和控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的性能特點(diǎn)和滿足特殊的性能指標(biāo)，尤其當(dāng)采用微控制機(jī)為控制核心時(shí)，往往只需通過修改軟件，便能滿足用戶許多不同的性能要求。 3高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在油由與中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的典型應(yīng)用舉例 高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，隨著科技能力的不斷進(jìn)步，以及半導(dǎo)體集成控制技術(shù)水半的提高，其系統(tǒng)已有了系列化產(chǎn)品，在工業(yè)部門和家用電器及國(guó)防軍工中得到應(yīng)用。下面以在油由與中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用作為典型舉例說明。 3．1基于SR的油田抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與特點(diǎn) 系統(tǒng)組成見圖6所示。其特點(diǎn)為： 1）起動(dòng)電流小低起動(dòng)電流，高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)電流為額定運(yùn)行電流的30％時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150％。 2）沒有退磁問題。 3）增產(chǎn)效益開關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上沖程快、下沖程慢，從而使油液充滿度大，增加產(chǎn)油量。 4）線路及維護(hù)效益經(jīng)以上數(shù)據(jù)分析，使用該系統(tǒng)可以極大的減少線路及供電容量，節(jié)約投資成本，減少維護(hù)費(fèi)用。 5）調(diào)速方便 可頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。 6）操作簡(jiǎn)便調(diào)速時(shí)不用轉(zhuǎn)換皮帶輪，直接調(diào)節(jié)按鈕就可以調(diào)速：可節(jié)省以前換皮帶輪所花的吊車費(fèi)、人工費(fèi)、停產(chǎn)費(fèi)用等等。 7）使用壽命長(zhǎng)開關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和上快下慢的特性，減少了抽油桿的磨損和井況的影響，延長(zhǎng)使用壽命，減少維修次數(shù)。 8）防盜電若一條母線建成直流供電，可以防止竊電現(xiàn)象發(fā)生。之間最佳，低于36 Hz效率急劇下降。 3．2基于SR的油田抽油機(jī)智能化遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與特點(diǎn) 系統(tǒng)組成見圖7所示。除了具備基本型的所有優(yōu)點(diǎn)外，遠(yuǎn)程型系統(tǒng)還具備如下特點(diǎn)： 可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制；可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)移峰填谷控制，因此能優(yōu)化用電模式，降低采油成本，解決電網(wǎng)供需矛盾;實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視控制，不需外加設(shè)備和傳感器，因此操作更簡(jiǎn)單，可靠性更高:比如抽油機(jī)的沖次可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速間接測(cè)得（傳統(tǒng)的是通過安裝傳感器測(cè)量，可靠性差，壽命短）;油桿拉力可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電流間接換算測(cè)得;流量也可以通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電流換算測(cè)得：由于SRM的空載電流很小，不到一個(gè)安培，因此，當(dāng)皮帶斷后，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流判斷得出，從而及時(shí)通知有關(guān)人員進(jìn)行處理．降低損失，提高生產(chǎn)效率；由于遠(yuǎn)程系統(tǒng)將遠(yuǎn)程通訊、剛絡(luò)、驅(qū)動(dòng)控制集成一體，因此可以大大節(jié)約設(shè)備本和運(yùn)行維護(hù)成本:大幅度提高了抽油機(jī)的信息化和自動(dòng)化水平，更符合潮流發(fā)展方向:本系統(tǒng)可以節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率、提高工藝控制水平，從而提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。 3．3基于SR的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng) 1）工作原理 系統(tǒng)運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)+模糊化控制技術(shù)，控制單元和信號(hào)采集單元組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)、水泵的工藝參數(shù)（溫度、壓力等）和設(shè)備參數(shù)（電機(jī)功率）的優(yōu)化共控制，使風(fēng)機(jī)、水泵一直工作在滿足要求條件下的最省電的運(yùn)行方式。在確保用戶舒適的前提下自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，徹底解決電能浪費(fèi)問題。 2）系統(tǒng)特點(diǎn)采用最先進(jìn)的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)由溫度、壓力傳感系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)等和冷卻泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，將溫差、壓差的反饋值與設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較運(yùn)算，通過PLC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在滿足工藝要求的前提下最大化地達(dá)到節(jié)電目的。改普通異步電動(dòng)機(jī)定速運(yùn)行的陳舊模式，克服了日前應(yīng)用較多的變頻器調(diào)速范圍窄、本身有電耗的局限性，節(jié)電效果一般在30％,80％之間。 基于 SR的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，見圖8a所示?；?SR的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)冷卻、冷凍泵系統(tǒng)見圖8b所示。 3．4基于 SR的CAM電線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 新一代高性能開關(guān)磁阻調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)，還開發(fā)CAN總線接口，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化水平，方便用戶控制，實(shí)現(xiàn)更佳的控制效果，提高節(jié)能的效益。 當(dāng)前中央空調(diào)電機(jī)（三相異步電機(jī)、三相異步電機(jī)+變頻控制、SR節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)等3種）節(jié)能幾種常用技術(shù)的對(duì)比分析要領(lǐng)。 1）三相異步電機(jī)定速運(yùn)行，功辛率因數(shù)低，效率低；不可調(diào)速、簡(jiǎn)單可靠，但起動(dòng)對(duì)設(shè)備沖擊大，啟動(dòng)沖擊電流大，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行；存在絕緣老化分布繞組，承受的匝間峰值電壓高達(dá)1000多伏），相比壽命居中。 2）三相異步電機(jī)+變頻控制變頻調(diào)速、單參量線性控制、變速控制，功率因數(shù)較低，節(jié)約電能20％～50％；自動(dòng)化程度較好、調(diào)速范圍窄，頻率在36～45 Hz之間最佳，低于36 Hz效率急劇下降；采用軟起動(dòng)，對(duì)設(shè)備無沖擊。但控制電路比較復(fù)雜容易發(fā)生擊穿短路現(xiàn)象，引起過火災(zāi)；存在高次諧波，功率因數(shù)低，對(duì)電網(wǎng)有污染，長(zhǎng)期接觸對(duì)人體有危害：高次諧波導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣老化（分布繞組，承受的匝間峰值電壓高達(dá)1000多伏，還有高次諧波電壓），電動(dòng)機(jī)壽命較短。 3）SRM節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制+模糊化控制技術(shù)、多參量非線性控制、變速控制、功率因數(shù)高，可達(dá)0.99，效率高，節(jié)約電能30％～80％;自動(dòng)化程度最好、調(diào)速范圍寬，調(diào)速比可達(dá)1：20以上，在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)效率都在90％左右；起動(dòng)軟起動(dòng)，對(duì)設(shè)備無沖擊?？刂齐娐凡淮嬖趽舸┒搪番F(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠：起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)沒有沖擊和污染： 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，不存在絕緣老化（集中繞組，承受的匝間峰值電壓僅幾十伏），電動(dòng)機(jī)壽命最長(zhǎng)。 3．5樓宇供水系統(tǒng) （1）系統(tǒng)方案（見圖9所示） （2）系統(tǒng)特點(diǎn) 用戶可以設(shè)定要求的工藝（壓力、流量）參數(shù)，可選擇對(duì)電動(dòng)機(jī)、閥門、調(diào)速裝置進(jìn)行控制，也可以選擇全自動(dòng)化優(yōu)化運(yùn)行方式?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量、壓力、液位、溫度等工藝參數(shù)。