现代化的技术改造唤醒了20世纪30年代的电机技术——每一项技术都只有在合适的时代才能获得成功，有时候仅仅是需要一个合适的环境。例如同步磁阻电机， 这种很老的电机技术却能够带来现代化流程泵的驱动技术革命。

同步磁阻电机的历史可以追朔到20世纪20年代，1923年物理学家Jaroslaw K.Kostko发表了一篇文章，介绍了同步磁阻电机的工作原理。但当时的关键问题是使用的经济性，因为当时这种电机不能在常规电网中使用。它不能在频率为50Hz的电网中启动，需要在电网频率为0Hz的情况下启动才能正常工作。直到40年前，还一直需要价格昂贵的变频器来启动这种同步磁阻电机。另外，它还需要一个位置观察孔，因为操作人员需要知道转子在定子中的准确位置。而且这一问题在过去也是不好解决的问题。因此，许多教科书在讲到同步磁阻电机时都有这样的注解“运行不稳”或者“不适合在工业领域中使用”。

30年前，流程泵工业领域开始了同步磁阻电机经济性的应用研究，同时开始改变电网频率的研究。流程泵工业领域各个时代的标准驱动技术方案一直是异步电机，世界各地到底有多少生产厂在生产，有多少人在使用异步电机谁都说不清。这种电机具有很好的电网驱动性能，坚固耐用，磨损小，正确使用时有着很长的使用寿命，某种程度上可以说是永久性的电机。在大多数应用中，它是两极或者四极的电机，转速为2950r/min或者1450r/min。但它也有一个缺点，就是转速恒定。

流程泵领域成为应用先驱

可以汽车为例描述异步电机的工作情况，用钥匙启动了轿车发动机之后，异步电机就以一个速度转动起来，把离合器和制动器连接起来。在流程泵中，当用户不想流程泵始终满负荷工作时，他可以用流量控制阀调节泵的排出量。这也就意味着流程泵所消耗的能源有一部分要转换为热量和噪声，浪费了能源。或者，流程泵用户利用旁通阀把一部分不用的流量送回原处。只能通过改变电机绕组中电流的频率来调节异步电机的转速。随后出现了电气技术领域中的变频器，利用变频器调节异步电机的转速是现代化技术的代表。流程泵生产厂家利用这种带有“额外配置”的启动装置为流程泵用户提供了具有最大“运行舒适性”的流程泵。

但标准的异步电机是一种非常“饥饿”的电机，会吞噬掉大量的电能，1/3的电能被流程工业领域、冷却循环系统、化工生产领域中的液体运输或者给水系统中的流程泵驱动电机所消耗。在欧洲，每年被这种异步电机所消耗的电力总量高达300TWh。德国能源组织估计，异步电机蕴藏的节能潜力高达30%。

因此，除了白炽灯、电冰箱之外，电机就成为欧盟关注的节能焦点。异步电机也被纳入EG 640/2009标准中，并提出在2015~2017年异步电机必须成为能效达标的电机类别。根据这一技术标准的规定，从2011年6月16日起只允许使用达到IEC 60034-30标准中IE2能效等级且额定功率为0.75~375kW的电机。从2015年1月起，异步电机的能效等级必需达到IE3，或者是配变频器的IE2电机。

只有利用稀土材料制造的异步电机才能满足这一要求。同时还要求使用大量的非常稀缺而又昂贵的铜金属材料。谁愿意购买一台永远也收不回高附加投资的驱动装置呢？永磁同步电机是一种不错的替代解决方案。借助于附加的磁场，同步电机的转子在定子产生的旋转磁场中按照恒定的转速旋转，从而消除了磁滞现象，电机的效率也明显优于异步电机。

这种结构在功率低于1.5kW的同步电机中是非常可靠的，在循环泵中的应用也相当广泛。当同步电机的功率更大一些时，所要求的磁铁也需要增大，这就使得功率大于4?kW的异步电机设计起来非常不经济。因强大的磁力使得生产使用现场的同步电机拆卸非常困难。因此，这一解决方案也不是一个真正能够解决原材料问题的正确途径。它使得工业化国家对供应商的依赖更大。生产磁铁的原材料来自稀土原料。开采稀土对环境造成的破坏非常大，从生态学的角度来看很难保持生态平衡。而且，这类稀土元素生产国在出口之前首先要满足当地经济发展的需要。

多年来总部位于Frankenthal市的泵生产厂商KSB公司一直在寻求新的替代解决方案，他们又重新研究了同步磁阻电机。把这一技术从沉睡中唤醒多多少少存在一些巧合，与现代化的电气技术有关，但更重要的是专业技术人员的不懈努力。其中包括Alfeado Vagati先生，Turin大学的教授，他从20世纪90年代开始就一直致力于同步磁阻电机的研究。为了了解一种特殊的变频器，他曾经到意大利Reel市的一家企业工作。KSB公司收购了这家企业之后，也认识到了这一技术在电机领域中所蕴藏的巨大潜力。从那时起，一个专业团队顶着巨大的压力开始这一技术的生产性研究。2009年的汉诺威国际博览会上，KSB公司首次把名为“SuPremE”的同步磁阻电机展现在公众面前。泵技术领域和驱动技术供应商企业最初对这一技术持怀疑态度，因为老一代的偏见，以及作为驱动系统供应商的流程泵生产厂家对它非常不熟悉。

磁阻电机工作时的磁阻力（磁阻）非常小。其他类型的同步电机转子与供电电网的磁场同步旋转，并根据负载的大小匹配相应的转子角。为了使转子能够在定子中同步按照旋转的磁场旋转，变频器中需要有相应的触发方法。

SuPremE同步电机确定转子位置时不使用绕组电气参数的转子位置传感器。因此它的结构就像使用普通鼠笼式转子的异步电机。由于这种转子无需短路绕组或者励磁绕组，因此介质在转子中几乎没有任何损失。与传统的电机相比，发热量更低，对轴承和绕组绝缘都有好处。研发人员坚信，将来，还可以省略电机的散热风扇，从而提高电机的总效率，进一步降低电机的噪声。由于这种转子只含有铁和空气，因此在励磁时需要相对较大的定子电流。但这一电流并不需要提高电网输入的电流，而是由变频器的中间电路来提供的。变频器接线柱处的功率因数大约为1，因此逆变器需要提供更大的有效电流。

与异步电机相比，这一电机的缺点是不能直接启动。转子是安装在电机轴上的铁芯做成的，并按照冲压模具设计制造而成。这些铁芯的几何尺寸和形状是非常准确的导磁或者阻磁的几何形状。这一特性就决定了转子与磁场的关系，叠层铁芯的优选磁力线方向总是朝着阻力最小的方向，使磁通很好的经铁芯传导。含有空气阻磁铁芯槽则切断了磁通。嵌入定子槽中的绕组，除产生电流外还在定子与转子之间的气隙中产生电机的旋转磁场。当经变频器馈电时，可以激励出从零到正常工况下的旋转速度。当变频器接通供电时，转子即产生与磁场方向相同的转速。变频器能够对转子位置进行调节，可靠地保证了合适的位置。在负载变化时，转子的旋转也不会马上停止。SuPremE系列同步磁阻电机的定子与市场上普通四极异步电机的结构相同。近20年来变频器的应用已经相当普及，因此异步电机的直接启动性能已经不再是优势了。从技术上讲，今天已经不存在使用同步电机的障碍了。

同步磁阻电机除在工作点上有着很高的工作效率之外，另一个突出的优点是部分负载状况下也有着很高的工作效率。即便是在转速只有额定转速的25%，转矩只有额定转矩的6%时，电机的额定效率也可以高达95%。这就使它成为流程泵理想的驱动装置，因为很多情况下泵都不是一直满负荷运行。在上述相同的工作条件下，异步电机的效率只有20%~30%。

大批量生产

KSB公司2012年3月底开始在Saale市的生产厂中批量生产这种新型同步磁阻电机，并研发产生了该公司的一个新电机系列。德国Saale市是一个非常理想的电机生产基地，因为那里的流程泵生产厂家已经在那里生产了多年的潜水泵，拥有所需的生产设备和高素质的专业技术队伍。KSB公司计划为其他设备生产厂家提供这种电机。另外，这种电机也非常适合于驱动通风换气设备和驱动压缩机。

动力源于需求--访KSB公司的项目负责人Daniel Gontermann先生

沉睡了90多年的技术是怎样被唤醒并启用的？带着这一问题我们采访了KSB公司的项目负责人Daniel Gontermann先生，他详细解答了同步磁阻电机的优缺点。

？如何在流程工业领域中用新型节能驱动系统替换老式的泵驱动系统？

Daniel Gontermann：若从现代化技术改造的角度来考虑，需要把液压技术、调节方案和使用运行方法作为问题提出来。更换一台电机是非常少见的现代化技术改造措施，因此常常是把没有转速调节功能的流程泵换成具有转速调节功能的流程泵，并补装上转速调节器或者在维护保养的框架内对叶轮的直径进行匹配改进。

？为什么同步磁阻电机最适合作为流程泵的驱动装置？

Daniel Gontermann：在流程泵的应用过程中，常常会因为需求量或者供应量的变化要求调整流程泵的转速。在一般的流量输送设备中，转速的降低也就意味着输出轴输出扭矩的降低。因此驱动装置的实际工作点很少是在效率最佳的额定工作点上。KSB公司研发生产的同步磁阻电机不仅在额定工作点上的效率达到了IE4级水平，而且在转速、工作负荷降低了的时候也有着很高的工作效率，是目前最节能的流程泵驱动装置。当然，这种电机也可以作为通风换气设备和空气压缩机的驱动装置。

？SuPremE电机在实际生产时能够实现怎样的节能效果？

Daniel Gontermann：如果不计利用转速调节可以比恒定转速的流程泵节约60%的能源之外，仅从电机因负载变化而带来的节能角度看，可以节约30%的能源。但总的节能效果不是简单地将两个数字相加（达到90%），实际得到的节能效果为72%。不论是在Infraserv H?chst公司, Continental ContiTech公司, Heidelberger公司，或者其他企业里都是这样，节能效果不能简单地叠加数据。

？怎样减少铜或者稀土材料的使用？

Daniel Gontermann：同步磁阻电机是一种被人们遗忘了的电机类型，因为它不能没有辅助启动装置。在同步磁阻电机四极定子中还是会有铜线绕组。但它的转子结构相当简单，转子由申请了专利技术的磁铁阻断槽的叠层铁芯组成。在导磁性好的铁芯中冲压出了具有很高磁通阻力的空槽。把这样的铁芯片叠层安装在转子轴上就构成了转子。在现代变频器技术的帮助下，转子能够在静音状态下实现完整的圆周旋转运动。我们深信研发了一种不久即可在其他领域中得到应用的基础技术。

？因为铜价格较高，怎样选择才能保证新型的同步磁阻电机经济合理？

Daniel Gontermann：这里需要把恒定转速和可调转速两种驱动方式区分开来：当静态负载只需一种转速驱动时，用高价只是买了一些金属材料，没有必要使用这种新型电机，使用直接驱动电机即可。当需要调节转速、输出扭矩变化时，一般需要配用变频器，这时电网直接驱动无法解决问题，同步磁阻电机就是最佳的选择了。