何為同步磁阻電機？

同步磁阻電機（SynRM）又稱為反應式同步電動機，是利用轉子上直軸和交軸方向磁阻不等產生磁阻轉矩而工作的同步電機。同步磁阻電機工藝簡單、材料成本低，轉子內無永磁體、繞組、電刷和環(huán)等，與直流電機、異步電機、永磁同步電機結構均有不同。

緣起一場稀土危機

事實上，同步磁阻電機的理論模型早在1923年就被提出來了，只是當時缺乏實現(xiàn)的條件而漸漸被遺忘。當所有的技術障礙都有了成熟的解決方案的時候，同步磁阻電機在一場席卷世界的稀土危機中被喚醒了。

在2011年前后，全球掀起了一次空前的炒稀土熱，在短短幾個月內，重要稀土元素鏑（Dy）、釹（Nd）等價格抬升了幾十倍，然后又快速懸崖式下降。稀土的這一輪“過山車”讓很多人一夜暴富，也讓很多電機企業(yè)企業(yè)受到重創(chuàng)。當年的稀土出口也受到了重大影響，這場風波在歐美市場持續(xù)發(fā)酵，重創(chuàng)了美國的國家安全感。

稀土資源主要集中在中國，那么以稀土為主要原材料的永磁同步電機的技術路線將會讓歐美企業(yè)受制于中國市場，因此美國政府認為這不僅僅是一場稀土危機，更是涉及到國家安全的“政治正確的問題”。于是，在美國能源部的主導下，去稀土化項目紛紛上馬，其中一個重要的方向就是同步磁阻電機路線。

自此，同步磁阻電機路線在國外得到了長足發(fā)展。近年來，長期受成本、降耗節(jié)能問題困擾的中國廠商也開始將目光聚焦在同步磁阻電機上，期望加快這一技術的市場轉換，以解決目前電機應用的難點問題。

圖1 同步磁阻電機運行原理（資料來源：瑞拉騰電氣）

圖2 同步磁阻電機性能優(yōu)勢（資料來源：瑞拉騰電氣）

同步磁阻電機優(yōu)勢顯著

深圳市百盛傳動有限公司（簡稱：百盛傳動）技術總監(jiān)劉忱表示，一方面國家節(jié)能減排力度、決心加大，對能效要求越來越高，高效電機需求量大增，普通異步電機IE4能效成本過高很難普及；另一方面，受限于稀土材料的戰(zhàn)略管控，電機材料成本瘋漲，中大功率高效永磁同步電機客戶已無力買單。面對雙重應用難題，同步磁阻電機通過磁阻轉矩，接近零損耗轉子設計、免除稀土材料，先天具有低成本高效率的優(yōu)勢。

總結來說，同步磁阻電機效率、節(jié)能均優(yōu)于異步電機；成本低于永磁同步電機且不存在高溫失磁現(xiàn)象。

此外，在大家最關注的的價格成本上，臺達產品總監(jiān)史文祥表示，同步磁阻電機目前仍然處于新技術推廣階段，投入成本比較高，在同等能效等級標準下，目前市場普遍價格介于異步電機與永磁同步電機之間，臺達方面IE4和IE5的價格是高于異步機的。然而一旦市場大批量應用之后，同步磁阻電機的價格勢必會大幅下降，其性價比優(yōu)勢也將日益顯著。

驅動同步磁阻電機，需要點黑科技

由于同步磁阻電機轉子結構特殊，因此在電機的驅動控制方面會涉及比較多的算法上的難點。深圳偉創(chuàng)電氣有限公司（簡稱：偉創(chuàng)電氣）研發(fā)總監(jiān)駱鵬表示，首先同步磁阻電機的參數(shù)獲取有一定難度，在電機的電感飽和特性上，與永磁同步電機與異步電機都有較大的差異。其次，同步磁阻電機電感會隨著頻率、負載的變化而變化，傳統(tǒng)算法并不能取得理想效果。最后在弱磁區(qū)、低頻大力矩等工況下，如何優(yōu)化控制電機，使電機性能發(fā)揮理想中的狀態(tài)也是棘手的難題。

杭州瑞拉騰電氣科技有限公司總經理胡超強調，同步磁阻電機的應用場景主要有：一是高效動力提供，二是速度、位置、力矩的自動控制；在對其的驅控上明顯有別于傳統(tǒng)的電機驅控系統(tǒng)，同步磁阻電機需要構建電機與驅動器的協(xié)同互補開發(fā)，新工藝的生產協(xié)作網絡，驅控系統(tǒng)與行業(yè)工藝及設備專家的深度融合的新型生態(tài)，才能充分發(fā)揮其高效、高驅動特性。

杭州中達電機有限公司副總經理毛華先認為，同步磁阻電機要想將自身優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致必須在驅動算法上緊密配合電機的結構，所以需要驅動廠家從算法底層做好開發(fā)。如果不能做到控制、驅動上下打通，同步磁阻電機將會出現(xiàn)振動、噪音、電流突變或失速等問題，而用戶是不會為這樣的產品買單的。

目前來說，驅動同步磁阻電機在算法上主要有三種選擇：第一種閉環(huán)矢量控制模式，由于應用過程中需要配備編碼器，以獲取準確的轉子信息參數(shù)，市場實用性不強；第二種，V/F控制算法，在低頻力矩等諸多方面的控制效果不理想；第三種，也是目前同步磁阻電機應用領域的黑科技——開環(huán)矢量控制技術，它可輕松應對驅動同步磁阻電機中的眾多難題，但對算法開發(fā)能力有較高要求，目前掌握這項技術的廠商并不多，主要玩家為ABB、丹佛斯、安川等。

隨著國內市場對同步磁阻電機的日益重視，突破這一算法難題已是迫在眉睫。為響應需求，偉創(chuàng)電氣推出了AC310系列變頻器與同步磁阻電機廠家做配套。該變頻器運用的正是開環(huán)矢量控制算法，為充分發(fā)揮電機性能優(yōu)勢，偉創(chuàng)在算法上主要實現(xiàn)了三大突破：一，設計全新的磁鏈觀測器；二、增加全新電機電感自學習功能；三、優(yōu)化弱磁控制等。

基于這一算法基礎，偉創(chuàng)電氣AC310變頻器不僅可以準確獲取電機電感參數(shù)；在弱磁區(qū)控制上，可在達到電壓極限下盡可能拓寬電機的恒定功率運行范圍；同時可以實現(xiàn)在不同工況下，精準控制電機電流，獲得最優(yōu)電機轉矩電流比，最大限度地提高電機效率。AC310變頻器在開環(huán)矢量控制算法的技術上，可幫助同步磁阻電機輕松達到IE4及以上能效標準。

史文祥同樣表示，由于同步磁阻電機輸出轉矩以磁阻力為主，會針對其應用負載不同而有不同轉子磁障層設計，且不同負載電流下，磁阻電機硅鋼片磁飽和情況亦不相同，而磁飽和會造成電機感值變化，若控制無法針對此電感飽和現(xiàn)象提供有效控制策略，將無法發(fā)揮同步磁阻電機高效率之電機特性。針對上述議題，臺達變頻器提供同步磁阻電機參數(shù)自學習功能及弱扇區(qū)控制算法優(yōu)化，搭配電機快速調適流程，使同步磁阻電機于各操作頻率皆有穩(wěn)定加載性能及高效率表現(xiàn)以應付各行業(yè)所需負載工況。

快速崛起的同步磁阻電機市場

同步磁阻電機雖“初出茅廬”，卻自帶榮光而來，正如當初永磁同步電機顛覆了整個電機應用，它也被寄予了這樣的厚望。不俗實力與光明前景加持，同步磁阻電機受到了越來越多的市場及廠商青睞。

2019年11月，格力將自主開發(fā)的新型無稀土磁阻電機技術專利授權給格蘭富。作為全球領先的水泵制造商，格蘭富年產量近1600萬臺，將帶動同步磁阻電機在水泵等高效節(jié)能市場中的大規(guī)模應用。

百盛傳動劉忱認為，風機、泵類市場中的電機應用相對簡單，同時又能體現(xiàn)節(jié)能效果，是同步磁阻電機初入市場的較優(yōu)選擇。但其應用范圍絕不僅限于此，例如在空壓機、擠塑、攪拌等恒轉矩應用領域也是一大塊潛在市場。綜合來看，按照目前的設計指標，同步磁阻電機有望替代80%左右的電機市場。

由此也可看出，同步磁阻電機的機會點主要是在對異步電機市場的替代上，正如毛華先所說，只要有變頻器應用的場合，同步磁阻電機都可以實現(xiàn)替代，其市場空間廣闊無比。

目前在同步磁阻電機市場上，涌現(xiàn)的實力派玩家也不少，除格力外，臺達、百盛傳動、瑞拉騰等廠家都進入了小批量應用階段中，2020年各廠家也將加速市場布局。

臺達目前量產的主要是針對水泵行業(yè)推出的3000r/min系列同步磁阻電機，節(jié)能及效率表現(xiàn)方面表現(xiàn)突出，此外1500r/min系列產品也已經推出了市場。史文祥表示，除了電機外，臺達還可為用戶配套相應的驅動產品，通過系列參數(shù)優(yōu)化，以確保電機性能達到最優(yōu)。

百盛傳動2019年已完成了160KW以下同步磁阻電機及驅動產品開發(fā)，實現(xiàn)了2-3個行業(yè)小批量應用。公司計劃于2020年完成500kw以下IE4所有系列產品的開發(fā)，并且根據(jù)市場反饋及時完成產品的優(yōu)化、升級、定型，推動產品進入大批量銷售應用階段。同時著手研發(fā)更高效率、非標同步磁阻電機，進一步拓展產品應用領域。

瑞拉騰自2012年就對同步磁阻電機進行了不斷的嘗試與探索，公司建立了電機+驅動+嵌入式控制器+行業(yè)應用解決方案的完善業(yè)務系統(tǒng)，期間與水泵、風機、紡機等行業(yè)頭部企業(yè)建立了緊密合作，目前量產的電機功率范圍涵蓋了1.5KW-110KW，轉速包括1000-3600rpm。2020年瑞拉騰將發(fā)布新一代的同步磁阻電機產品，對標歐洲IE5能效等級，以迎接這場電機新應用革命的到來。

結語

毫無疑問，同步磁阻電機的出現(xiàn)彌補了異步電機現(xiàn)有不足，尤其滿足了降耗節(jié)能領域的行業(yè)應用需求，即使是替代應用，其市場規(guī)模仍然巨大。目前也吸引了眾多廠商加入其中，但在應用端，用戶對同步磁阻電機的認知度不高，必要的市場推廣是不可缺少的。

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