新国标下传统电机迎挑战 同步磁阻电机研发提速

电机能效新国标下，传统高能耗的三相异步电机迎来危机挑战，加上永磁同步电机中稀土原材料容易产生高温消磁导致设备故障，同步磁阻电机这一新品凭借高效节能、无退磁风险等优势被推至风口、备受青睐。

国内众多实力厂商纷至沓来，各家研发技术各有千秋、旗鼓相当，面对异步电机上百年悠久而成熟的技术与行业应用，同步磁阻电机要想完全将其替代依然压力不小，携手拓宽行业应用，扩大市场规模是降低成本、提高产品市场竞争力的关键途径。

新国标下传统电机迎挑战

我国是电机制造与使用大国之一，在全球碳达峰、碳中和降低能耗的背景下，推广高效电机已成为电机产业发展的方向。若要使我国电机产品走向世界市场，其能效水平必须达到国际市场的技术要求。近年来，国际电机能效标准一直处于持续升级阶段，将IE3作为强制性能效标准已经达成共识。

自2021年6月1日起，《电动机能效限定值及能效等级》（GB18613-2020）国家标准正式实施。新标准于去年5月发布，对原国家强制性标准GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值与能效等级》和GB25958-2010《小功率电动机能效限定值与能效等级》两项强制性能效标准进行整合。

新国标对电机能效限定值的要求提升幅度较大，限定的功率范围也更广。新标准将IE3定为三级能效的最低标准，与国际标准保持一致，低于IE3能效限定值的三相异步电动机不允许生产、销售和采购，同时新国标还将IE4、IE5列为一、二级节能评价值指标。这给传统三相异步电机（低于IE3能效）的生产制造商带来不小的危机与挑战。

与此同时，稀土作为永磁同步电机的主要原材料，素有工业“黄金”之称，是各国求之不得、不可再生的稀缺矿产资源。近年来随着储量不断下降，稀土逐渐成为国家重要的战略储备资源，可以说拥有了稀土，也就在工业制造上拥有了真正有话语权的国之重器。

永磁同步电机对稀土原材料非常依赖，该品类电机成本较高，价格波动大，且稀土永磁材料受环境温度影响产生退磁效应，导致设备故障。

长期以来，工业领域驱动的电机以异步电机和永磁同步电机为主，不过这两种电机分别存在高能耗和对高性能稀土材料依赖的问题，同步磁阻电机这种无需永磁体、且更高效节能的新型电机产品在近年来被推至风口，备受青睐。  

天生荣耀的同步磁阻电机

  同步磁阻电机（又称Syn Rm）是一种具有磁阻性质的同步电机，其运行原理与开关磁阻电动机相似，与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依靠定、转子磁场相互作用形成转矩，而是基于磁阻最小路径闭合原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩，这种转矩被称为磁阻转矩。

与传统直流电动机相比，Syn Rm 没有电刷和换向器，简单可靠，维护方便；与传统交流异步电动机相比，Syn Rm 转子上没有绕组，则没有转子铜耗，提高了电机的效率、延长使用寿命；与开关磁阻电机相比，Syn Rm 转子表面光滑、磁阻变化较为连续，避免开关磁阻电机运行时转矩脉动和噪声大的问题，同时Syn Rm 定子为正弦波磁场，控制简单，硬件平台成熟，从而降低驱动控制系统的成本费用；与永磁同步电机相比，Syn Rm 转子上没有永磁体，成本更低，无弱磁和失磁的问题，长期使用，效率更稳定，如表1所示。

表1

综上所述，同步磁阻电机凭借着高效节能（转子无损耗、更节能）、稳定可靠（无退磁风险）、成本低（主要材料只有铜和铁）等优势在众多电机品类中脱颖而出，不仅可用于驱动塑料、造纸、纺织、制药机械等轻工机械需求，也可用于石油化工、机床主轴、风机水泵等各种复杂工业环境下重型机械设备的自动化应用，是新一代高性价比的绿色工业驱动产品。  

实力厂商提速研发

  高科技浪潮的席卷下，自2017-2018年起，国内众多“有识之士”厂商纷纷紧跟航向灯，根据自身优势技术路线，抓紧研发同步磁阻电机及配套驱动系统，在部分细分行业得到试用检测并取得节能减排良好的效果。

杭州瑞拉腾电气科技有限公司是一家专注提供同步磁阻电机+驱动器+控制系统整体解决方案，具有独立知识产权的服务商。据公司总经理胡超介绍，瑞拉腾RM、RMFA、RME系列全封闭、自扇风冷高效三相同步磁阻电动机，满足欧盟IE4能效要求，无磁钢退磁风险。

RD100系列变频器则是一款采用高性能矢量控制算法的通用型变频器，能够实现高性能、高精度的电机调速，集成多种控制方式，可广泛用于感应电动机、永磁同步电机、同步磁阻电机的驱动，如图1所示。

深圳市百盛传动有限公司总经理邓大鹏介绍，百盛同步磁阻电机系统（BSR）由同步磁阻电机（BSRM）及同步磁阻电机专用驱动器（BSR）组成。BSRM具有效率高，转矩大，耐高温，调速范围宽广且稳态精度高、噪声振动低等特点。

产品采用独特的矢量控制算法，并设计成书本型的结构，功率段为11千瓦-355千瓦，采用不加编码器的开环控制，具有自动谐波抑制、瞬时启停、零速转矩、零漂抑制等功能，满足客户不同设备的动态负载需求。达到IE4、IE5超高能效水平。       百盛同步磁阻电机系统（BSR）   苏州伟创电气科技股份有限公司产品线总监邓雄介绍，伟创AC310系列平台针对同步磁阻电机开环矢量控制技术进行深入研究及优化，基于现有领先的矢量控制软件，采用全新的磁链观测器，实现较低的电机参数敏感性，准确的转子位置观测以及精确的电流解耦。

除了常规的自学习外，伟创最新研发的AC310系列平台具有电感参数饱和学习功能，学习时间短，精度高，通过学习可以获得不同磁场饱和程度下的电机d、q轴电感饱和特性参数，从而对电机进行更加精确的控制。

该款系列产品具有较好的MTPA控制性能，即采用最大转矩电流比控制，在产生相同转矩的情况下，最优地分配d-q轴定子电流，使定子电流最小，进而使定子铜耗最小达到效率最优。此外，弱磁控制优化方面，基速以下对电机进行MTPA控制，在基速以上进行弱磁控制，最大程度地利用电压极限从而实现输出转矩最大化，扩大恒功率范围，如图3所示。    

与此同时，格力凯邦经过多年研究、探索、实验，目前开发出无稀土永磁辅助同步磁阻电机体积减小50%，损耗降低60%，功率覆盖范围3-90KW，额定转速1500-3000rpm，搭载高性能变频器系统，达到IE5超高能效水平，节能效果显著。

凯邦永磁辅助同步磁阻电机具备超强抗退磁能力，得益于凯邦独有的均匀抗退磁技术，抗退磁裕量达到3倍以上，超过同等稀土永磁电机水平。同时采用电磁热耦合仿真计算、实验验证，得出最佳电磁方案及散热系统，有效降低电机温升，充分延长电机的使用寿命。  

校企合作、共建同盟科

研院校在重大科学前沿创新、关键核心技术突破、显著效益成果转化等方面发挥重大作用，校企合作力求做到与市场接轨、IE4实现高效科研与企业实践有机结合，长期以来已成为科技成果输出的重要方式。

百盛传动在欧洲建设研发实验室，利用高校在电机领域多年强大的积累与实力，联合研发同步磁阻系统，获得多项实用新型专利、发明及外观设计专利。

据了解，百盛传动已于与欧洲著名大学团队合作签署长期合作协议，不仅研发出无稀土永磁超高效 IE4、IE5同步磁阻电机，更开发居世界前沿性的驱动算法及控制程序，并完成电机及控制器无位置传感器控制算法的开发、测试及生产。在风机、水泵、造纸、塑料机械、空压机等各行业的应用。

瑞拉腾注重技术创新，不断加快产学研一体化步伐，与国内多所高校如浙江大学，上海交通大学，东南大学等科研院所保持深度合作，自主研发同步磁阻电机、驱控系统，为行业客户提供整套解决方案。

伟创与国内著名高校、科研机构建立广泛的合作关系，公司基于同步磁阻电机驱动的技术和产品，依托西安交通大学在同步磁阻电机设计技术，在新型调速电机方面进行深度合作，攻破技术难关。

面对异步电机上百年悠久而成熟的技术与行业应用发展历程，邓雄认为国家对低于IE3能效标准的传统电机进行强制淘汰的背景下，同步磁阻电机将迎来更为光明的发展前景。一旦更多的高能耗企业采用同步磁阻系列产品，势必将促进生产厂商聚集产生规模效应，纷纷降低成本，并进一步加速同步磁阻产品替代过程。

针对同步磁阻电机的市场规模，胡超认为同步磁阻电机作为新兴后起之秀虽自带“荣光”，但在各细分行业要想完全替换传统异步电机依然压力不小。尽管传统异步电机为达到IE3新能效国标，其生产与制造成本有一定幅度的上涨，但同步磁阻电机目前仅小部分试用于风机水泵、塑压挤出等高能耗领域，由于缺乏规模化应用、其高效节能成本优势体现地并不尽明显。

不过他还是满怀希望地预测，“同步磁阻电机这艘飞机已经度过离地起飞期，处于缓慢爬升期，尽管目前市场占有率不尽如人意，未来的电机市场一定将朝着同步磁阻电机、三相异步电机、永磁同步电机三分天下的目标迈进”，他建议在同步磁阻电机向各行业应用市场全面推广的初期，各厂商应加大同盟合作，互相交流生产与市场推广经验、为共同做大市场，降低成本，提高产品市场竞争力贡献自己的行业推动力。  

编辑：黄飞