二十年行稳致远，山东南宫NG·28电力自动化股份有限公司（南宫NG·28股份，代码： 688681）已成为国内开关磁阻电机驱动系统的一面旗帜，在电磁设计、先进控制、现场匹配等进行了深入研究，在锻压机械、纺织机械、油田机械中广泛应用并销往印度、美国等国，年销售量过亿元，开发出了国内外首台单机功率最大的630kW电机并成功应用于8000吨电动螺旋压力机。开关磁阻电机驱动系统，不需要永磁材料，实现了环保、低碳、智能数控，使多种机械设备的结构得到简化，具有起动电流小、起动转矩大、可频繁启停及正反转切换的优点，在宽的调速范围内具有高的系统效率，总体技术与应用达到国际先进水平、在压力机应用等方面处于国际领先地位。南宫NG·28股份先后参与起草了开关磁阻电机国内第一部行业标准、第一部国家标准，获得山东省科技进步二等奖。
一、什么是开关磁阻电机驱动系统？
开关磁阻电机驱动系统（Switched Reluctance Drive system，SRD），是继直流电机驱动、交流异步电机变频驱动之后发展起来的新一代无级变速驱动系统，是以现代微电子技术、数字技术、电力电子技术及现代控制理论为基础开发的机电一体化高新技术产品，其综合性能指标高于传统驱动系统。该系统由开关磁阻电机及控制器两部分组成。电机为定转子双凸极结构，转子由硅钢片叠压而成，无绕组与永磁体，定子上绕有集中绕组。控制器驱动电机的运行，由嵌入式微处理器、大规模集成电路、电力电子功率器件和软件构成。
SRD具有结构简单、坚固可靠、效率高、调速范围宽、起动转矩大，起动电流小、可频繁起停及正反转切换、低速下可长期运行等特点，非常适合需频繁启动及换向、重载启动、负载变动大、频繁过载及长期低速运行的应用场景使用。
二、发展历程
开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM），是一个古老的电机技术，1838年，苏格兰学者Davidson发明了该种电机，受当时电力电子器件的限制，采用机械开关，其运行特性、可靠性和机电转换能量很低，没有引起引起市场的关注。
1920年，英国学者C.L.Walker发明了变磁阻步进电机，并获得专利，该电机已具现代开关磁阻电机的诸多特性；1971年，Bedford和Hoft申请了现代开关磁阻电机的专利。
1980年，英国学者P.J.Lawrenson及其同事在ICEM会议上，系统地阐述了开关磁阻电机的原理及设计特点，奠定了现代开关磁阻电机的国际地位。
20世纪80年代后，随着电力电子技术的发展，特别是IGBT的使用，在全球范围内掀起了开关磁阻电机的研发热潮，产品已经广泛或开始应用于电动车驱动系统、家用电器、通风工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机等行业领域，功率范围从10W(转速为10000r/min)到5MW(转速为50r/min)，转速上限高达100000r/min，几乎难以找到不适合开关磁阻电机应用的场景。但由于开关磁阻电机独特的非线性特性，其理论尚在不断发展中，有很多的研发工作要做，因此开关磁阻电机的普遍应用尚需时日。
近年来，随着电动汽车市场的快速发展，越来越多的目光转向无需稀土材料的开关磁阻电机研发，随着技术水平的提升，开关磁阻电机的性能已接近永磁电机的水平，在电动汽车上的批量应用将会指日可待。
南宫NG·28股份从2000年开始开关磁阻电机的研发，经过二十多年的努力，现在已经将开关磁阻电机批量应用到电动螺旋压力机、压砖机、剑杆织机、抽油机等场景，正在进行电动汽车、工程机械、家用电器等领域的应用研发。
三、工作原理
开关磁阻电机的旋转动力来源于磁阻最小原理产生的磁拉力。
当转子磁极处于静止或顺时针旋转时，给绕组通电，则定子会产生顺时针方向的转矩，拉着转子旋转，电机处于电动状态，直到定转子磁极对齐。
当转子磁极顺时针旋转，转子磁极远离定子磁极，则线圈通电时会阻碍定子磁极的旋转，电机处于发电或制动状态。
以三相12/8极的开关磁阻电机为例，依次给B→C→A相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向旋转；反之，依次给C→B→A相绕组通电，则转子会顺时针方向旋转。电机的转向与相绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。
控制器通过控制相绕组的电子开关（IGBT）的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态，可以实现四象限运行。
开关磁阻电机定子绕组的电流是单向的，功率开关器件与电机绕组串联，这使得功率电路设计简单化，无直通故障，可靠性高。
四、系统构成
开关磁阻电机驱动系统由控制器与电机两大部分构成。控制器通过控制电机定子绕组电流的通断控制电机的运行，与绕组电流的方向无关。转子上固定有确定转子相对定子位置的齿盘，定子上装有检测齿盘转动脉冲的传感器，位置信号以电脉冲的方式传送给控制器，控制器根据位置编码，开通和关断相应的绕组，使电机可在四象限运行，从而实现电机的连续运转、转向运行、制动、点动及位置保持功能。
控制器由嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、驱动电路、电力电子器件及软件组成。提供数据显示功能，可查看电机的运行数据及各种参数的设置情况；具有键盘输入功能，通过对键盘的操作，可实现电机的起停控制及各种参数的设置；具有开关量和模拟量接口，可输入传感器及开关信号，可输出模拟量及继电器信号，可实现简单的PLC控制功能；具有通讯接口，用户可通过该接口实现远方监控，同时也可通过该通讯口下载程序，进行系统的维护。
电机是定子、转子双凸极可变磁阻电机，定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，定子极上绕有集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体。
三相电机通常采用定子12极、转子8极结构，对于额定转速低于600r/min的低速电机应采用更多的级数，如定子24极，转子16极；对于额定转速超过10000r/min的高速电机，可采用定子6极、转子4极。
五、技术特点
开关磁阻电机驱动系统是一种新颖的、高性价比的、具有典型机电一体化结构的无级调速系统。
01.系统效率高
在其宽广的调速范围内，整体效率比其它调速系统高出至少10%。
在低转速及非额定负载下，效率更加明显。
02.调速范围宽，低速下可长期运转
在零到最高转速的转速范围内均可带负荷长期运转，电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
03.高起动转矩，低起动电流
起动转矩达到额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%。
04.可频繁起停，及正反转切换
可频繁起动和停止，频繁正反转切换。在有制动单元及制动功率满足时间要求的情况下，起停及正反转切换可达每小时二千次以上。
05.过载能力强
起动转矩可以达到额定转矩的3倍以上，过载能力强，起动快。
06.缺相不烧电机
三相输入电源缺相，电机欠功率运行或者停机，不会烧毁电机和控制器。
07.功率器件控制错误不会引起短路
控制器的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联，不存在发生功率器件控制错误导致短路而烧毁的现象。
08.可靠性高
电机热耗大部分产生于定子，便于冷却；转子本体无永磁体且无绕组与鼠笼条，可允许很高的温升和高速运转。
六、应用场景
01.电动螺旋压力机
螺旋压力机广泛应用于锻件的生产，常规应用双盘摩擦压力机，采用异步电机驱动，能耗大。
电动螺旋压力机采用开关磁阻电机驱动，电机通过齿轮或皮带驱动飞轮，传动机构简单，效率高，比摩擦压力机节能30%以上，而且打击精度高，生产效率高，易于实现自动化生产。
02.直驱螺旋压力机
直驱螺旋压力机采用低速开关磁阻电机驱动，电机直接安装在螺杆上，与飞轮合二为一，没有传动机构，直接驱动螺杆的旋转，结构简单、效率高，是螺旋压力机的发展方向。
03.压砖机
耐火材料行业常规采用异步电机驱动的摩擦压力机生产耐火砖，耗能高、效率低。采用开关磁阻电机驱动，打击能量、打击力可数控，制件精度高，自动化程度高，节能达60%以上。
剑杆织机采用开关磁阻电机驱动，电机的起动转矩可达额定转矩的5倍以上，主轴在一圈之内就可以达到设定转速，省掉了离合器与变速箱，简化了机械结构，减少了维护量；织机可以根据织物的类别方便调整电机的转速，操作灵活。
05.立式抽油机
立式抽油机采用开关磁阻电机驱动，实现电气换向，结构简单；方便调节冲程与冲次，可以实现长冲程抽油；占地面积小，易于实现丛式井；比游梁式抽油机节能20%以上，节能效果明显。
06.钻井机
开关磁阻直驱电机可低速运行及频繁换向，作为钻井机的顶驱电机，去掉了传统钻井机的齿轮变速箱机构、润滑油及冷却过滤系统，显著降低了设备故障率及维护难度、提高了运行效率。
07.其他应用场合
开关磁阻电机在风机、水泵、压缩机、电动汽车、工程机械及家用电器上应用也具有明显的性能优势与节能效果。随着开关磁阻电机技术的进一步发展与产业化生产，应用场景会越来越普遍。
七、技术研发与产业化
南宫NG·28股份是山东省科技厅批准的“山东省开关磁阻电机调速工程技术研究中心”，建有1000kW开关磁阻电机驱动系统试验站，配备了相关开关磁阻电机及其驱动系统测试仪器设备，并拥有多套开关磁阻电机驱动与电机设计仿真软件。
目前，南宫NG·28股份研发的开关磁阻电机及其驱动系统单机功率从3kW到630kW，覆盖了工业领域常用的功率等级范围，具备年产一万台套的生产能力，已在锻压机械、纺织机械、油田设备等场景广泛应用并批量出口，产品性能良好，节能15%以上，产品总体技术与应用达到国际先进水平、在压力机应用等方面处于国际领先地位。
此外，还研发与开关磁阻电机及其驱动系统配套的电气控制系统，为不同应用场景提供完整的工业电气控制解决方案。
