現(xiàn)代開關(guān)磁阻電機(jī)誕生于80年代的英國,在電機(jī)類型中是比較年輕的,這三十年來發(fā)展迅速,首先得益于它的結(jié)構(gòu):電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等,定子上有集中繞組,沒有相間跨接線,因而電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單,維護(hù)修理容易,轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍較寬,很容易就做到15000r/min。當(dāng)然開關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)也同樣明顯,由于雙凸極結(jié)構(gòu),不可避免的存在轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲,這是開關(guān)磁阻電機(jī)難以克服的障礙。
資料顯示1985年我們國家研制出的第一代開關(guān)磁阻電機(jī)在小功率范圍的效率是要比高效變頻電動機(jī)低的,但僅僅幾年后,研制出的第二代開關(guān)磁阻電機(jī)的效率已全面超過了高效變頻電動機(jī)。而開關(guān)磁阻電機(jī)固有的轉(zhuǎn)矩波動,以及較大的噪聲,隨著電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,也得到了有效的抑制,比如英國SRDLtd.公司開發(fā)的伺服應(yīng)用開關(guān)磁阻電機(jī),轉(zhuǎn)矩波動僅為0.05%。
有學(xué)者總結(jié)提出,開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用開發(fā)應(yīng)與現(xiàn)場相結(jié)合,主要考慮以下5個(gè)條件:
(1)有節(jié)能需要,節(jié)能10-30%是正常范圍,用戶1-3年省的電費(fèi)就可以賺回改造成本;
(2)有頻繁正反轉(zhuǎn)需要,簡化機(jī)械結(jié)構(gòu);
(3)有短時(shí)間過載需求,如5倍起動轉(zhuǎn)矩或3倍額定轉(zhuǎn)速時(shí)瞬時(shí)過載等;
(4)有寬范圍的變速要求,如10-150%的調(diào)速要求;
(5)對噪聲和振動要求不嚴(yán)格。
在滿足第5條的基礎(chǔ)上,如能滿足其它1-2個(gè)條件,就可以考慮使用開關(guān)磁阻電機(jī)來獲得更好的性能。
國內(nèi)最早將開關(guān)磁阻電機(jī)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)該是北京中紡公司,可惜這個(gè)公司自2012年后每況愈下,直至被日本人收購。北京中紡早期主要應(yīng)用于礦業(yè)和油田等行業(yè),以節(jié)能改造的名義進(jìn)行市場推廣。由于煤礦在十年前是黃金時(shí)期,電機(jī)在煤礦上應(yīng)用利潤也較高,導(dǎo)致北京中紡樂不思蜀,沒有開辟其它行業(yè),隨著煤炭行業(yè)的不景氣,北京中紡的銷售額也越來越小,直至被收購。目前北京中紡還在油田機(jī)械進(jìn)行推廣,不知道是不是因?yàn)槿毡灸岬驴茟?zhàn)略布局的原因,讓北京中紡的精力放到了電動汽車上,其它場合表現(xiàn)一般。
2011年至今山東科匯電氣成為國內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)企業(yè)的領(lǐng)頭羊,其是國內(nèi)外最早提出將開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于電動螺旋壓力機(jī)的,目前占據(jù)了全國70%左右的市場份額。據(jù)媒體消息,科匯電氣自2002年開始研發(fā)開關(guān)磁阻電機(jī),初期在風(fēng)機(jī)、龍門刨等場合進(jìn)行推廣,效果不好,后來與高校聯(lián)合,探討電動壓力機(jī)應(yīng)用,堅(jiān)持不懈的投入了10年,才獲得了回報(bào),民營企業(yè)做實(shí)體經(jīng)濟(jì)真是相當(dāng)?shù)牟蝗菀住?/p>
近幾年來研發(fā)生產(chǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)的公司越來越多,深圳、湖南、西安、成都、杭州、南京等地均有企業(yè)推出產(chǎn)品,對于開關(guān)磁阻從業(yè)者來說,這是個(gè)好消息,一枝獨(dú)秀只會讓市場越來越小,萬紫千紅才可以把市場做大,然而,整體而言,由于發(fā)展時(shí)間短,開關(guān)磁阻電機(jī)行業(yè)還是小眾行業(yè),國內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用的市場主要有
(1)鍛壓機(jī)械:目前是開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用最成功的場合,沒有之一,這個(gè)場合完全滿足上文所說的5個(gè)條件,過載要求、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速范圍寬、節(jié)能等優(yōu)勢,完全無視開關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn):噪聲、振動和轉(zhuǎn)矩脈動。在開關(guān)磁阻電機(jī)企業(yè)圈子里,有句話叫得鍛壓者得天下,山東科匯公司這幾年做到全國第一,離不開其早期準(zhǔn)確的市場開發(fā)和定位。
(2)紡織機(jī)械:這方面應(yīng)用首先得感謝老外,國內(nèi)主流進(jìn)口紡織機(jī)械PICANOL必佳樂公司率先采用了開關(guān)磁阻電機(jī),這使得國內(nèi)織機(jī)生產(chǎn)廠家對開關(guān)磁阻電機(jī)天然認(rèn)可,自2009年后,開關(guān)磁阻電機(jī)在劍桿織機(jī)、毛巾織機(jī)等逐漸占有一席之地。紡織應(yīng)用時(shí)滿足上文所述1、3、5條件,節(jié)能、起動迅速(電機(jī)轉(zhuǎn)動3圈能夠從零轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速),對振動和噪聲無要求。國外織機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)是四相8/6極,而國內(nèi)早期都是三相12/8極,目前國內(nèi)也推出了四相電機(jī),有可能在紡織行業(yè)會慢慢淘汰三相12/8結(jié)構(gòu)。很奇怪的是,北京中紡公司出身于紡織研究所,然而北京中紡的開關(guān)磁阻電機(jī)從未在紡織機(jī)械上推廣過,反而山東、深圳、杭州等公司在紡織行業(yè)推廣較好。
(3)油田、煤礦:能源和環(huán)保一直是國家戰(zhàn)略布局所在,抽油機(jī)、煤礦輸送帶等場合使用開關(guān)磁阻電機(jī)后節(jié)能30%以上,效果還是很明顯的,近年來勝利油田、中原油田、長慶油田等都有改造項(xiàng)目進(jìn)行,整體上看滿足改造要求,但是油田市場是國企陣地所在,......你懂的,目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣。至于煤礦,對北京中紡來說,成也蕭何敗蕭何,這幾年是煤炭淡季,也難以再上規(guī)模。
(4)小家電:這方面主要側(cè)重于高速開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用,國外的吸塵器、料理機(jī)、破壁機(jī)、洗衣機(jī)等都已大批量應(yīng)用了開關(guān)磁阻電機(jī),性能獲得明顯提升,量大面廣,然而國內(nèi)在這方面只有個(gè)別新聞提及樣機(jī)開發(fā),尚未見大規(guī)模應(yīng)用,或許成本價(jià)格是限制這些場合推廣的主要瓶頸。
(5)電動汽車:對于開關(guān)磁阻電機(jī),提到電動汽車應(yīng)用,也許會一把辛酸淚吧。無論國內(nèi)還是國外,開關(guān)磁阻電機(jī)最早的樣機(jī)都是針對電動汽車開發(fā)的,都看好開關(guān)磁阻電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大,加速性能好的優(yōu)點(diǎn)非常適合電動汽車應(yīng)用。國內(nèi)華中科技大學(xué)和北京中紡公司曾經(jīng)聯(lián)合在武漢安裝了20輛混合動力公交車用開關(guān)磁阻電機(jī),進(jìn)行了長期運(yùn)行試驗(yàn),效果挺好。然而由于噪聲、功率密度等問題,近幾年電動汽車市場基本被永磁電機(jī)占據(jù),這也和國內(nèi)永磁體價(jià)格低廉有關(guān),從長遠(yuǎn)看永磁體是不可再生資源,支撐不了電動汽車龐大的市場需求,開關(guān)磁阻電機(jī)從業(yè)者們還應(yīng)繼續(xù)深入挖掘,靜待花開吧。
(6)其它場合:近幾年來,生產(chǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)的企業(yè)逐漸增多,各公司也八仙過海各顯神通,在不同的場合進(jìn)行了嘗試,最簡單的如風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行節(jié)能改造的場合,其它如球磨機(jī)、滑動門、剪切機(jī)、起動/發(fā)電機(jī)、注塑機(jī)等等,也取得了一定效果,但這些場合的使用規(guī)模目前尚小,以后是否可以在整個(gè)行業(yè)內(nèi)推廣使用還需繼續(xù)觀察。
總結(jié)語:開關(guān)磁阻電機(jī)是近三十年才發(fā)展起來的一種新型調(diào)速系統(tǒng),其優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)同樣明顯,個(gè)別廠家為了吸引投資提出的開關(guān)磁阻電機(jī)將取代通用異步電機(jī)的企圖(或者叫創(chuàng)新規(guī)劃)是不太現(xiàn)實(shí)的,如何結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用特點(diǎn),發(fā)揮好開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)勢,避免或減小其缺點(diǎn)帶來的弊端,才是科研工作者應(yīng)該踏踏實(shí)實(shí)努力的方向。