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高性能电机设计

来源:控制工程网2020.11.10阅读 1936

  为什么现在可以设计出性能更高的电动机变频器?答案似乎是更好的设计软件,平均下来每年都要改进一次。现在可以设计出非常复杂的电机,以增强扭矩、功率、效率和功率因数。而在10年前,这要困难得多。
  软件的复杂性,已大大改善了电机以及驱动和控制的设计。
  电机创新的4个领域
  下面是电机创新关注的4个主要领域:
  1.永磁电机仍然是最受欢迎的电机,假设应用可以承受磁铁的高成本。
  2.同步磁阻电机之所以重要,是因为在驱动和控制拓扑方面进行了改进。两家总部位于欧洲的自动化公司,已经开始设计60Hz的版本www.cechina.cn,但是可能还需要几年时间才能推出完整的产品线。
  3.开关磁阻电机技术紧随其后。对于自定义应用需求而言,在功能上可以超过同步磁阻电机。
  4.在创新程度上,感应电机跌至第四位。这主要是因为在工具和制造上,电动机供应商已经进行了大量的投资。由于投资资产和市场份额的原因,在满足美国国家电气制造商协会(NEMA)的要求和电机设计创新方面控制工程网版权所有,电机公司经常采用“如果没坏,就不要修理它”的策略。只有当市场要求它们提高性能时www.cechina.cn,它们才会做出改变。
  永磁电机、同步磁阻和开关磁阻电机则需要在工具上进行更多的投资和更高的生产率,才能以低于目前成本的方式实现更多的应用。
  下面是电机创新的一些亮点。
  开关磁阻 
  尽管其它类型的电机可以使用变频器,但开关磁阻电机必须具有完全独立的驱动器。由于用户需要完整的电机驱动系统,因此该电机往往需要定制。它适用于一个或一组特定应用。通常直到该应用投入生产后,才能在网络上找到它。
  一家英国公司SR Drives所生产的开关磁阻电机性能很高,与交流矢量电机相比,效率提高了10%。
  线性实验室介绍了开关磁阻电机在直接驱动电动汽车应用中的使用。它描述了一种轮毂内汽车驱动设计:在轮毂内配置两个或四个电动机,是集中式电力驱动电动机的竞争者。线性实验室电机以旋转和线性方式运行,该公司声称能提供迄今为止现有任何电机两倍的驱动力。
  该设计具有一些主要优点控制工程网版权所有,包括重量更轻、范围更广、维护更少。功率因数是该设计的一个缺点,通常降低约10%。

西门子的Simotics MV449 Above-NEMA电机,与市场上的其它机架相比,该电机的功率高出14%以上。

  同步磁阻
  最新型的永磁辅助同步磁阻电机www.cechina.cn,在转子结构中增加了铁氧体磁体,从而改善了扭矩、功率和功率因数。电机驱动创新者的下一个目标是全电动飞机。
  劳斯莱斯公司已经注意到需要开发更好的液体燃料,以跟上电动马达的发展趋势。西门子被确定为这一应用的电机供应商。劳斯莱斯发动机也需要商用飞机的涡轮发动机。制造小型全电动飞机电机驱动装置是可能的,商用涡轮电动发动机似乎有可能在10年内实现。
  同步磁阻电动机在更低的负载(50%)下,比感应电动机和永磁电动机工作的更好。并且可在较宽的速度范围内工作。
  高性能电机可以是混合设计。迄今为止,性能最高的扭矩密度电机似乎是梅赛德斯奔驰i3牵引电机。转子结构是将表面磁铁和埋入磁铁,以复杂方式结合在一起。(作者:Dan Jones)
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