同步磁阻电机的设计

来源：杭州易泰达科技  作者：朱彤华

引言

    近年由于稀土磁钢的价格大幅度波动，在很大程度上影响了稀土永磁同步电机的推广应用。通常，稀土磁钢的价格占电机总价格的 20% 左右，减少甚至消除这部分成本能显著降低电机的成本。另一方面，由于其他类型的电机，如直流电机，开关磁阻电机，感应电机等在控制上都有不同的弱点，难以取代同步电机在工业上的应用，因此，研发不使用稀土磁钢的同步电机就提上了议事日程。

同步磁阻电机的结构特点

    同步磁阻电机不使用稀土磁钢，可以看成是永磁同步电机的一个特例，从永磁同步电机的转矩公式可以看出：

te=p[ψf iq+(Ld-Lq)id iq ]

    前一项是永磁转矩， 后一项是磁阻转矩，而同步磁阻电机是仅利用磁阻转矩的电机， 其转矩公式就是 :

te=p[(Ld-Lq)id iq ]

    同步磁阻电机的定子结构和永磁同步电机的一样，而转子结构比较特殊，通常有如下几种：

    为了提高交直轴电感的差，需要提高直轴电感，并降低交轴电感，又由于电机内的磁场需要由定子电流产生，所以电机必须使用尽可能小的气隙，减少励磁电流，提高功率因数；尽量保证漏感处于较低水平，亦即保证槽漏感，端部漏感，谐波漏感，等均较低，因此经过分析，需要使用多层磁障的转子结构来设计同步磁阻电机。

同步磁阻电机的控制及性能特点

    同步磁阻电机可以采用多种控制方式，DTC 直接转矩控制是其中的一种。DTC 是以电机的转矩为控制目标，在控制中不使用计算量大的矢量变换，所以控制速度快， 对控制器 MCU 的要求低，动态性能好，同时对电机参数的敏感性降低，控制可靠性提高。易泰达公司开发了用于 DTC 的控制算法，结合有限模型，对同步磁阻电机进行精确计算，控制框图如下图：

DTC 控制算法参数表

    杭州易泰达科技有限公司开发了7.5千瓦同步磁阻电机， 其仿真结果如下：

    经计算，电机性能在 1500RPM 时输出 48.1 牛米力矩，电流 15.9A，功率7500W, 效率 91.8%, 功率因数 0.82。热负荷1863A^2/cm*mm^2 .

总结与展望

    同步磁阻电机具有快速的动态特性，精确的转速控制能力，很高的效率及较低的成本，可以在一定范围内替代永磁同步电机的应用，可以在几乎所有的应用领域取代变频感应调速系统，应用前景光明。