同步磁阻电机工作原理_结构特点_相量图_优缺点

一种像磁阻电机这样的电动机包含一个不包括任何绕组的铁磁转子，但它会感应出非永久磁极，该转子利用磁阻产生转矩。这种电机是单独励磁电机，该电机使用的转子是非对称转子。

目前磁阻电机有不同类型，主要包括同步磁阻电机、可变磁阻电机、开关磁阻和可变步进磁阻电机。在本文中，小编将简单介绍下同步磁阻电机的工作原理、结构特点和优缺点等内容。

基本概念

同步磁阻电动机是同步电动机的一种，该电机的转矩是由于通过转子的直轴和正交轴的磁导率的差异，它没有永磁体或励磁绕组。目前，这种类型的电机由于其简单而坚固的结构而变得非常流行，成为电动和混合动力汽车的一种选择。

同步磁阻电动机的主要优点主在于不存在笼型转子的损耗，因为与相同尺寸的IM（感应电机）相比，该电机允许更高的永久扭矩。

同步磁阻电机的主要特点主要有以下几点内容：

• 与感应电机驱动相比，基于磁场的控制算法简单。
• 准确的扭矩是可以合理设计的，不会影响转子的温度。
• 与感应电机和永磁体等其他电机相比，该电机的转子成本低。

结构特点

同步磁阻电机的结构类似于凸极同步电机。该电机的转子不包括任何励磁绕组，但定子包括三相对称绕组。该绕组将在气隙内产生正弦旋转磁场，当转子内产生感应磁场时，可产生磁阻转矩。该转子具有使转子在最小磁阻位置处通过定子磁场连接的趋势。

目前在磁阻电机中，转子的设计可以使用轴向内的铁片来完成，铁片通过非磁性材料分隔。这种电机性能类似于感应电机，但与感应电机相比，它的效率可能更高，因为转子内没有铜损，简单，成本更低，结构坚固。

该电机主要设计用于大功率应用，主要可以分为：

• 轴向层压
• 径向层压

磁阻电机主要用于以较低的成本提供极高的功率密度，使其非常适合多种应用。主要缺点是一旦在较低速度下运行时转矩波动较大，并通过转矩波动引起噪声。另外，该电机的定子主要包括电磁凸极，相当于BLDC电机。

同步磁阻电机转子包括软磁材料，如叠层硅钢。这种材料包括多个突起，它们的工作方式类似于具有磁阻的凸磁极。与电机中的定子磁极相比，转子磁极更少，从而减少了转矩脉动并通过完全连接来停止磁极。

一旦转子磁极位于两个相邻定子磁极的中间，则转子磁极完全处于未对准的位置。对于转子磁极来说，这是磁阻的最大位置。在对齐的位置，许多转子磁极与几个定子磁极完全连接并且处于磁阻较小的位置。

当定子磁极被激活，那么转子的转矩将以某种方式降低磁阻。因此，可以将相邻的转子磁极从未连接位置拉出，通过定子磁场连接。为了保持旋转，定子磁场应通过不断拉动转子而在转子磁极之前转动。

某些类型的电动机的替代品将使用三相交流电源运行。目前大多数可用的设计都是开关磁阻型，因为电子换向为启动电机、电机速度控制和平稳运行提供了重要的控制优势。

同步磁阻电机的主要特点是在同步速度下效率高，无需使用稀土永磁体材料。这些电机主要允许通过特定的转子叠片设计连接的分布式正弦交流定子绕组，并且通过简单、惯性较小的旋转组件设计提供同步速度操作。同步磁阻电机适用于需要高效运行的转矩较小的应用。

工作原理

同步磁阻电机的定子包括一个称为主绕组的单个绕组。但是，这个绕组不能产生旋转磁场。因此，对于旋转磁场的产生，至少应该有两个绕组通过特定的相位角分开。因此，电机的定子包括一个额外的绕组，称为辅助绕组。该绕组包括一个与其串联的电容器。

因此，载流绕组之间以及等效磁通之间存在相位差异。这两个磁通量响应产生旋转磁场，这被称为分相法产生旋转磁场。磁场速度只是同步速度，这个速度可以通过定子绕组缠绕的极数来决定。转子装有短路的铜条或铝条，它像感应电动机的鼠笼式转子一样工作。

如果将铁部件设置在磁场中，则它会在磁阻最小的地方连接以被磁力锁定。同样，磁阻电机内的转子试图通过旋转磁场的轴线在磁阻最小的地方连接自身。但是，由于转子不活动，一旦转子停止，就无法实现。

因此，同步磁阻电机的转子开始像鼠笼感应电机一样以接近同步速度旋转。一旦转子的速度同步，那么定子的磁场会将转子拉到磁阻最小的位置，以保持其磁锁定。之后，转子继续转动，其速度相当于同步速度。

磁阻扭矩只不过是施加的扭矩，因此，磁阻电机最终像同步电机一样运行。当然，转子阻力要小，它的组合惯性和负载必须很低，才能像同步电机一样运行电机。

转矩方程

其实，如果磁体被消磁，则永磁同步电机和同步磁阻电机的工作情况相似。同步磁阻电机的转矩方程如下所示。该方程包括两个分量，第一个分量是因为磁场，所以这个分量必须去掉，才能得到扭矩方程。

在下式中，另外一个分量可以定义为磁阻转矩。

因此，磁阻电机产生的转矩可以表示如下：

在上面的等式中，'Te' 是产生的扭矩、'P' 是极数、'Ψ' 是通过励磁电流的感应磁链、“Lds”是直轴电感、“Lqs”是正交轴电感、'δ' 是扭矩角。

同步磁阻电机坚固耐用，成本低且效率高。这些电机以极高的速度运行。传统的电机效率低，功率因数低，扭矩密度低，因为凸极低，即Ldm/Lqm的比率低。但是，目前通过各向异性设计开发的这些电机具有高Ldm/Lqm比，这大大提高了功率因数、效率和扭矩密度。

相量图

同步磁阻电机的相量图如下图所示。该电机最重要的特点是它的恒速。一开始，如果转子无法通过定子的磁场连接，那么在这种情况下一般会想到阻尼绕组，其也用于同步电机。这些绕组的布置可以在产生阻尼转矩的极靴内完成，因为转子和定子磁场之间的相对速度存在差异。

一旦转子无法通过定子连接，就会发生这种情况。阻尼转矩的产生取决于楞次定律，可使用该定律解释其构造的原因，即转子和定子磁场之间的速度差异。因此，阻尼转矩使转子的绕组移动，从而通过定子磁场被磁性锁定。之后，转子在其余时间以同步速度工作。

在上面的同步磁阻电机的相量图中，图中d轴和q轴等两个轴是根据电机的双轴理论定义的。同样，可以定义Vd和Vq，它们是d和q轴上的电压。这里，γ是“Is”（定子电流）和d轴之间的角度。像转子角一样，这也可以定义，一旦产生同步转矩，它就是转子角的作用。

主要优缺点

同步磁阻电机的优点包括以下几点内容：

• 具有较小的转矩脉动。
• 该电机的转子结构可以通过使用低成本和高强度的材料来完成。
• 该电机的运行可以使用标准的PWM交流逆变器来完成。
• 可以在极高的温度下工作。
• 结构既坚固又简单。
• 具有高速容量。
• 在该电机中，零转矩时不需要励磁，因此消除了电磁旋转的损耗。
• 退磁无后顾之忧，因此，与永磁电机相比，这些电机更可靠。
• 由于该电机的简单性，它可以在多电机驱动器中使用，通过一个公共电源同步操作多个电机。

同步磁阻电机的缺点包括以下几点内容：

• 与感应电机相比，这些电机价格昂贵。
• 需要通过转子位置传感器以及无传感器控制将速度与逆变器的o/p频率同步。
• 与感应电动机相比，该电动机的功率因数较小，但较重。
• 通过使用变频驱动器工作。

主要应用

同步磁阻电机的应用包括以下内容：

• 由于成本低、结构坚固、固有的简单性等，适用于纤维纺纱厂等低功率应用。
• 用于需要恒定速度的应用，例如计时设备、留声机、控制设备、录音仪器等。
• 类似于输送机内的比例装置或泵。
• 用于转盘、调节器、同步输送机、计量泵、合成纤维制造装置。
• 用于折叠机、包装机和辅助计时机。

总结

以上就是关于同步磁阻电机的基础内容概述。该电机提供了一种可持续的环境解决方案，以减少由于不存在磁铁以及提高效率而对环境造成的整体影响。

此外，同步磁阻电机的本质是一种具有磁阻性质的同步电机，其运行原理与开关磁阻电动机相似，与传统的交、直流电动机有着根本的区别。同步磁阻电机遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩，具有结构简单、坚固耐用、效率高、调速范围广、成本较低等优点。