同步磁阻電動機（Synchronous Reluctance Motor ，簡稱SynRM）是一種遵循磁阻最小路徑閉合原理，通過轉子在不同位置引起的磁阻變化產生磁拉力（即磁阻轉矩）驅動電動機旋轉的新型的交流電動機，具有結構簡單、堅固耐用、效率高、調速範圍廣、成本較低等優點。
基本介紹
- 中文名：同步磁阻電動機
- 外文名：Synchronous Reluctance Motor
- 特點：可靠、節能、調速範圍廣、成本低
- 套用範圍：工業自動化調速驅動領域
一、運行原理和基本結構,運行原理,基本結構,產品特點,控制策略,套用範圍,
一、運行原理和基本結構
運行原理
同步磁阻電動機（簡稱SynRM）本質是一種具有磁阻性質的同步電機，其運行原理與開關磁阻電動機相似，與傳統的交、直流電動機有著根本的區別，它不像傳統電動機那樣依靠定、轉子磁場相互作用形成轉矩，而遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理，通過轉子在不同位置引起的磁阻變化產生的磁拉力形成轉矩，這種轉矩叫做磁阻轉矩。而有別於開關磁阻電動機的定子開關旋轉磁場，SynRM的定子磁場為正弦波旋轉磁場。SynRM定子一般採用傳統三相交流電動機的定子結構，但其轉子結構比較特殊，轉子上開有很多槽。特殊的轉子結構實現 SynRM 交、直軸磁路巨大的磁阻差異，呈現強烈的凸極性，從而產生磁阻性質的驅動轉矩。
圖1 所示的是SynRM的轉子某一極結構示意圖，取轉子凸極中心線即磁阻小的為d軸,逆時針超前90電角度為q軸。SynRM的運行原理和開關磁阻電機的原理一樣，都是遵循磁阻最小原理。由於磁通總是沿著磁阻最下的路徑閉合，因此，當定子上產生旋轉磁場時，由於SynRM的轉子在不同位置的磁路磁阻不同，扭曲的的磁場將會產生磁阻力驅動轉子旋轉。圖2-4所示的是SynRM轉子處於不同位置狀態產生磁阻轉矩的原理示意圖。整個磁路由定子、氣隙、轉子三部分組成，定子上有繞組，轉子具有凸極性。當定子繞組上通入電流 時，繞組中產生的磁通從定子的一端經過氣隙、轉子，在定子的另一端閉合。由於轉子是凸極結構，磁路上的磁阻隨著轉子位置的變換而變化。如狀態a所示，定子磁場的軸線與d軸重合，此時磁路上磁阻最小，此時不產生磁阻轉矩；當轉子處於狀態b所示位置時，轉子d軸與定子磁場的軸線存在一個夾角，磁場發生扭曲，產生磁阻力驅動轉子旋轉，使磁阻的磁阻最小。而狀態c所示的轉子位置，雖然磁路磁阻最大，但是磁場軸線與轉子q軸重合，磁力線分布均勻，不存在扭曲現象，因此也沒有磁阻轉矩，但是由於轉子稍微偏轉即回到狀態b，因此此時為不穩定狀態。
圖1-轉子結構示意圖
圖2-狀態a
圖3-狀態b
圖4-狀態c基本結構
SynRM的定子一般採用的是傳統的三相交流電動機的定子結構。區別主要在轉子結構上。隨著技術的發展，SynRM的轉子結構不斷的在演變，現階段轉子的結構形式主要有兩種：橫向疊片形式（TLA）和軸向疊片各向異性形式（ALA），如圖5-6所示。ALA結構由高導磁材料與非導磁絕緣材料沿軸向交替疊壓而成，具有非常強烈的凸極性，因此轉矩密度和功率因數都較高，但是工藝複雜，製造不便。TLA結構採用傳統的沖制與疊壓工藝，轉子結構簡單，機械強度高，生產成本低。但是相對來說凸極性不如ALA結構強烈，因此轉矩密度和功率因數較ALA結構有所不如。
圖5-TLA轉子結構
圖6-ALA轉子結構產品特點
同步磁阻電機本質（SynRM）是一種具有磁阻性質的同步電機，其運行原理遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理，通過轉子在不同位置引起的磁阻變化產生的磁拉力形成轉矩。與傳統直流電動機相比，SynRM 沒有電刷和環，簡單可靠，維護方便；與傳統交流異步電動機相比，SynRM 轉子上沒有繞組，則沒有轉子銅耗，提高了電機的效率；與開關磁阻電機相比，SynRM 轉子表面光滑、磁阻變化較為連續，避免了開關磁阻電機運行時轉矩脈動和噪聲大的問題，同時SynRM 定子為正弦波磁場，控制簡單，硬體平台成熟，從而降低了驅動控制系統的成本費用；與永磁同步電機相比，SynRM 轉子上沒有永磁體，成本更低，無弱磁難和失磁的問題，長期使用，效率更穩定。
控制策略
同步磁阻電動機的控制策略與永磁同步電動機（PMSM）非常相似,可以採用PMSM常用的矢量控制和直接轉矩控制等策略。
矢量控制的目的是實現轉矩和磁場控制分量的解耦，以便於獨立的控制電機定子電流中的勵磁分量和轉矩分量,實現電流的最佳化控制。矢量控制的三種基本控制思路：最大轉矩電流比（MPTC）、最大功率因數、最大效率控制。其中最大轉矩電流比是比較常用的一種方案，該方案能夠減小銅耗，提升電機的效率。
直接轉矩控制（DTC）是繼矢量控制之後又一高性能的交流變頻調速技術。在靜止坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制。它的控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處理的物理概念明確。直接轉矩控制著眼於轉矩的快速回響，在定子坐標系下直接進行磁鏈和轉矩控制，是一種具有高靜、動態性能的交流調速方法。直接轉矩控制本質上是魯棒性的，對電機參數的變化不敏感。避免了複雜的坐標變換和參數運算，因此，實際系統十分簡單，非常容易實現。逆變器成本低，效率高，動態性能好。
套用範圍
同步磁阻電動機具有堅固可靠、高效節能、調速範圍廣、維護方便等特點。其轉子上沒有永磁體，沒有失磁風險，效率長期穩定，滿足工業自動化如紡織、風機水泵、傳送帶、交通運輸等各個行業的調速驅動需求，是交流驅動領域的一種高性價比調速驅動解決方案。
