中國在電機控制領域具有非常重要的位置,全球每年80億只電機的產量中有70億就是中國制造的。對于高效電機這一塊,永磁同步電機目前是主流。由于永磁電機與價格波動很大的稀土材料密切相關,因此對行業帶來了一些影響和波動,令我們更加謹慎來看這種高效電機未來的發展,這是今天我也會提到另一新興的高效電機極其控制技術的原因之一。
感應電機在功率很大的情況下,比如幾十千瓦以上的電機,可達到接近95%的效率,但小功率電機則效率點非常低,如單相的風扇甚至大概只有30~40%。電機效率除了與功率相關(跟它的勵磁電流所占的比例有關系),還與電機所運行的環境有關系,如果一個電機設計本身是優化的,但總是讓它運行在一個非常不利的情況,如滿負載的20%以下,則效率會非常低。另外,電機本身的功率因數是又一個影響效率非常關鍵的指標。
感應電機根據不同的電機功率等級會有不同的表現,但是基本上都處于40~80%左右負載區間的話,系統對于電機本身的利用率是可以接受。所以在考慮控制系統的時候,系統到底應該在一個什么樣的區間運行,包括功率因數部分,這對效率的影響至關重要。
感應電機之所以應用廣泛的一些優勢之處:1.成本比較低,電網直接接上去就可以運行起來;2.沒是有控制器也可以(當然代價主要是在能效上面);3.轉矩系數低,單相電流情況下可以產生非常穩定的磁場空間。4.沒有永磁體,沒有失磁性,不怕振動也不怕生銹,所以比較牢靠。在控制上它非常容易進入到高速的弱磁控制區,在很大功率范圍里面有多種電機可用。但也存在缺點:在輕載情況下面效率非常差,同樣工藝下尺寸比永磁電機大不少。從控制上來講,現在實現電機高效的同時都希望用矢量變換、矢量控制,因為轉子側電流大,溫度變化非常大,從而導致轉子側電阻的變化非常大,對感應電機矢量控制這一類基于參數的控制策略造成困難,是一個很大的技術挑戰。