稀土永磁同步電機(jī)發(fā)展優(yōu)勢

1、稀土永磁同步電機(jī)發(fā)展優(yōu)勢我國稀土資源豐富，蘊(yùn)藏量占全世界80%以上，近些年由于鉉鐵硼類永磁體的磁性能不改善和成熟，并且價格不斷下降，使得稀土永磁電機(jī)的推廣和應(yīng)用走向民用產(chǎn)品成為可能。稀土永磁材料用以制造電動機(jī)（或發(fā)電機(jī)）可縮小體積、減輕重量，降低損耗，簡化結(jié)構(gòu)，提高可靠性。稀土永磁電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和功率因數(shù)大幅度提高，具有調(diào)速精度高、調(diào)速比大,輸出特性硬、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，特殊是電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出和轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載波動的特性。通過有效方法控制，可使稀土電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩在很大范圍內(nèi)得到精確控制，在某些機(jī)械傳動中可以去掉減速器，使得整個系統(tǒng)簡樸可靠、高效節(jié)能，這無疑給整個機(jī)械制造行業(yè)帶來一場新的革命。推廣應(yīng)用

2、稀土永磁電機(jī)具有重要的戰(zhàn)略意義和社會經(jīng)濟(jì)效益，可以說是傳統(tǒng)電機(jī)更新?lián)Q代產(chǎn)品。稀土永磁同步電機(jī)的主要發(fā)展優(yōu)勢1 .結(jié)構(gòu)簡單運(yùn)行可靠。因為永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子不需要勵磁，省去線圈或鼠籠，簡化了結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了無刷，減少了故障，維修更加方便簡單，維修復(fù)雜系數(shù)大大降低。2 .超低溫升、小體積永磁同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)相比，由于不需要無功勵磁電流，而具備以下特點(diǎn)：功率因數(shù)高；反電勢正弦波降低了高次諧波的幅值，有效地解決了對電源的干；減小電機(jī)的銅損和鐵損。所以同步電機(jī)發(fā)熱小，經(jīng)國家檢測溫升只有37.8度。3 .高效率超節(jié)能。由于功率因數(shù)高（可近似為1）,以省去了電勵磁，減小了定子電流和定子轉(zhuǎn)子電阻的損耗，效率高（92%9

3、4%）,滿載起動電流比異步減少一半，所以節(jié)能效果明顯，用于電梯時同步電機(jī)可節(jié)能50%以上，輕載電流低于異步電機(jī)的10%,如11Kw異步電機(jī)輕載時異步電機(jī)電流10A,而同步電機(jī)輕載電流只有0.7A。4 .調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:1000甚至于更高（異步電機(jī)只有1:100）,而且調(diào)速精度極高，可大大提高電梯的品質(zhì)。5 .永磁同步電梯電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)保持恒轉(zhuǎn)矩，對于提高電梯的運(yùn)行穩(wěn)定性至關(guān)重要?？梢宰龅浇o定曲線與運(yùn)行曲線重合，特殊是電動機(jī)在低頻、低壓、低速時可提供足夠的轉(zhuǎn)矩，避免了電梯啟動減速過程抖動，改善了電梯啟制動過程的恬靜感。因為永磁同步電機(jī)滿載啟動運(yùn)行時電流不大，所以配置變頻器無需提高功率配置，

4、降低了變頻器的成本。由于永磁電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩和寬調(diào)速的優(yōu)勢，可將電機(jī)做成多極，為去除減速箱實現(xiàn)無齒化創(chuàng)造了條件，促進(jìn)電梯技術(shù)的進(jìn)步。6 .利用永磁同步電機(jī)的發(fā)電制動功能，實現(xiàn)對無齒輪電梯的二次安全保護(hù)。眾所周知，電梯因制動器失靈而造成溜車的事故常有發(fā)生，而永磁電機(jī)采取一定的電路和控制程序措施，使電梯在制動器失靈時利用永磁同步電動機(jī)固有的發(fā)電制動功能實現(xiàn)第二次安全保。7 .采用永磁同步電機(jī)的電梯節(jié)能可達(dá)50%,按每臺每年節(jié)約電費(fèi)近萬元計，僅北京市節(jié)約電費(fèi)就數(shù)億元，所節(jié)約的電能又能為國民經(jīng)濟(jì)做更大的貢獻(xiàn)。8 .稀土永磁同步電梯的拖動系統(tǒng)由電動機(jī)和用以驅(qū)動電機(jī)的同步變頻器組成。當(dāng)前同步變頻器與同功率的異步

5、變頻器相比價格相稱，未來同步變頻器的價格將低于異步變頻器。而所用變頻器的功率等級比異步機(jī)的低，可減少開支25%,合約3000元左右。由于永磁同步電機(jī)所用的永磁材料價格已下降，同步電動機(jī)比異步電動機(jī)價格只高20%,系統(tǒng)價格并沒有提高，而且還有下降的趨勢。永磁同步電動機(jī)的應(yīng)用前景發(fā)表時間：2007-10-10來源：中國工控信息網(wǎng)關(guān)鍵字：永磁同步電動機(jī)工業(yè)應(yīng)用信息化應(yīng)用調(diào)查在線投稿加入收藏發(fā)表評論好文推薦打印文本由于電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動機(jī)的控制技術(shù)亦已成熟并日趨完善。以往同步電動機(jī)的概念和應(yīng)用范圍已被當(dāng)今的永磁同步電動機(jī)大大擴(kuò)展。本文介紹了永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行控制方法及其在現(xiàn)代工業(yè)

6、中的應(yīng)用。眾所周知，直流電動機(jī)有優(yōu)良的控制性能，其機(jī)械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機(jī)所沒有的特性。此外，直流電動機(jī)還有起動轉(zhuǎn)矩大、效率高、調(diào)速方便、動態(tài)特性好等特點(diǎn)。優(yōu)良的控制特性使直流電動機(jī)在70年代前的很長時間里，在有調(diào)速、控制要求的場合，幾乎成了唯一的選擇。但是，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其定子上有激磁繞組產(chǎn)生主磁場，對功率較大的直流電動機(jī)常常還裝有換向極，以改善電機(jī)的換向性能。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上安放電樞繞組和換向器，直流電源通過電刷和換向器將直流電送入電樞繞組并轉(zhuǎn)換成電樞繞組中的交變電流，即進(jìn)行機(jī)械式電流換向。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)限制了直流電動機(jī)體積和重量的進(jìn)一步減小，尤其是電刷和換

7、向器的滑動接觸造成了機(jī)械磨損和火花，使直流電動機(jī)的故障多、可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護(hù)工作量大。換向火花既造成了換向器的電腐蝕，還是一個無線電干擾源，會對周圍的電器設(shè)備帶來有害的影響。電機(jī)的容量越大、轉(zhuǎn)速越高，問題就越嚴(yán)重。所以，普通直流電動機(jī)的電刷和換向器限制了直流電動機(jī)向高速度、大容量的發(fā)展。一、同步電動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用在交流電網(wǎng)上，人們還廣泛使用著交流異步電動機(jī)來拖動工作機(jī)械。交流異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護(hù)簡便。但是，與直流電動機(jī)相比，它調(diào)速性能差，起動轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低。其旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因素低，輕載時尤甚，這大增加了線路和電

8、網(wǎng)的損耗。長期以來，在不要求調(diào)速的場合，例如風(fēng)機(jī)、水泵、普通機(jī)床的驅(qū)動中，異步電動機(jī)占有主導(dǎo)地位，當(dāng)然這類拖動中，無形中損失了大量電能。過去的電力拖動中，很少采用同步電動機(jī)，其主要原因是同步電動機(jī)不能在電網(wǎng)電壓下自行起動，靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，平均轉(zhuǎn)矩為零。人們亦知道變頻電源可解決同步電動機(jī)的起動和調(diào)速問題，但在70年代以前，變頻電源是可想而不可得的設(shè)備。所以，過去的電力拖動中，很少看到用同步電動機(jī)作原動機(jī)。在大功率范圍內(nèi)，偶爾也有同步電動機(jī)運(yùn)行的例子，但它往往是用來改善大企業(yè)的電網(wǎng)功率因數(shù)。自70年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了同步電動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，主要的原因有：1、高性能

9、永磁材料的發(fā)展永磁材料近年來的開發(fā)很快，現(xiàn)有鋁饃鉆、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又有第一代杉鉆1:5,第二代杉鉆2:17和第三鉉鐵硼。鋁饃鉆是本世紀(jì)三十年代研制成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應(yīng)強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但它矯頑力低，抗退磁能力差，而且要用貴重的金屬鉆，成本高，這些不足大大限制了它在電機(jī)中的應(yīng)用。鐵氧體磁體是本世紀(jì)五十年代初開發(fā)的永磁材料，其最大的特點(diǎn)是價格低廉，有較高的矯頑力，其不足是剩磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁能積都較低。杉鉆稀土永磁材料在六十年代中期問世，它具有鋁饃鉆一樣高的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，矯頑力比鐵氧體高，但鈔稀土材料價格較高。80年代初被鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)，它具有高的剩磁

10、感應(yīng)強(qiáng)度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點(diǎn)特別適合在電機(jī)中使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹而需涂復(fù)處理。經(jīng)過這幾年的不斷改進(jìn)提高，這些缺點(diǎn)大多已經(jīng)克服，現(xiàn)鉉鐵硼永磁材料最高的工作溫度已可達(dá)180C,一般也可達(dá)150C,已足以滿足絕大多數(shù)電機(jī)的使用要求。表1是各種永磁材料性能比較。表1各種永磁材料的性能比較永破村科利保m(KVn)內(nèi)重痂詼力iKVni）胤融可逆濫度手戮居里息度fC）口等水平媼;牲硼1.26我T31GF12360膿葛水平的修品1.0口14576DZ1Qf口3350是水平鋁銀鉆1.0E3008&-0.02350最高水平的柱翳體0.413匚口3百450永磁材料

11、的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。在同步電動機(jī)中用永磁體取代傳統(tǒng)的電激磁磁極的好處是：用永磁體替代電激磁磁極，簡化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率的同步電動機(jī)絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。2、電力電子技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了永磁同步電動機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強(qiáng)電之間的橋梁。自58年世界上第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件（大功率晶體管GTR、可關(guān)斷晶閘管GTO、功率場效應(yīng)管MOSFET）

12、的三代復(fù)合場控器件（絕緣柵功率晶體管IGBT、靜電感應(yīng)式晶體管SIT、MOS控制的晶體管MCT等）直至90年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路IPM。半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大降低，控制電路日趨完美，它極大地推動了各類電機(jī)白控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，可將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率連續(xù)可調(diào)的變頻電源，這就為交流電機(jī)的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設(shè)定后都有軟起動功能，頻率會以一定速率從零上升設(shè)定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調(diào)整，這對同步電動機(jī)而言就是解決了起動問題。對最新的自同步永磁同步電動機(jī)，高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)的必不可少的功

13、率環(huán)節(jié)。3、規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機(jī)的控制集成電路和計算機(jī)技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，它不僅是高新電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，又是不少傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造基礎(chǔ)。它們的飛速發(fā)展促進(jìn)了電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。70年代人們對交流電機(jī)提出了矢量控制的概念。這種理論的主要思想是將交流電機(jī)電樞繞組的三相電流通過坐標(biāo)變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機(jī)模擬成直流電動機(jī)來控制，可獲得與直流電動機(jī)一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。這種控制方法已經(jīng)成熟，并已成功地在交流伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用。因為這種方法采用了坐標(biāo)變換，所以對控制器地運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力，控制地實時性和控制精度等提出了很

14、高的要求，單片機(jī)往往都不能滿足要求。近年來各種集成化的數(shù)字信號處理器（DSP）發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，出現(xiàn)了專門用于電機(jī)控制的高性能、低價位的DSP。集成電路和計算技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動機(jī)控制技術(shù)起到了重要的推動作用。二、永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行控制方法永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行可分為外同步和自同步二類。用獨(dú)立的變頻電源向永磁同步電動機(jī)供電，同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格地跟隨電源頻率而變化，此即為外同步式永磁同步電動機(jī)運(yùn)行。外同步運(yùn)行常用于開環(huán)控制，由于轉(zhuǎn)速與頻率的嚴(yán)格關(guān)系，此運(yùn)行方式適合在多臺電動機(jī)要求嚴(yán)格同步運(yùn)行的場合使用。例如，紡織行業(yè)紗錠驅(qū)動，傳送帶銀道驅(qū)動等場合。為此可選用一臺

15、較大容量的變頻器，同時向多臺永磁同步電動機(jī)供電。當(dāng)然，變頻器必須能軟起動，輸出頻率能由低到高逐步上升到以解決同步電動機(jī)的起動問題。所謂自同步的永磁同步電動機(jī)，其定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場位置由永磁轉(zhuǎn)子的位置所決定，能自動地維持與轉(zhuǎn)子磁場有900的空間夾角，以產(chǎn)生最大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速則嚴(yán)格地由永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速所決定。用此種方式運(yùn)行的永磁同步電動機(jī)除仍需逆變器開關(guān)電路外，還需要一個能檢測轉(zhuǎn)子位置的傳感器，逆變器的開關(guān)工作，即永磁同步電動機(jī)定子繞組得到的多相電流，完全由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置給出的信號來控制。這種定子旋轉(zhuǎn)磁場由定子位置來決定的運(yùn)行方式即自同步的永磁同步電動機(jī)運(yùn)行方式，這是從60年代后期

16、發(fā)展起來的新方式。自同步的永磁同步電動機(jī)運(yùn)行方式從原理上分析可知，它具有直流電動機(jī)的特性，有穩(wěn)定的起動轉(zhuǎn)矩，可以自行起動，并可類似于直流電動機(jī)對電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。自同步的永磁同步電動機(jī)已成為當(dāng)今永磁同步電動機(jī)應(yīng)用的主要方式。自同步永磁同步電動機(jī)按電機(jī)定子繞組中加入的電流形式可分為方波電動機(jī)和正弦波電動機(jī)二類。方波電動機(jī)繞組中的電流式方波形電流，分析其工作原理可知，它與有刷直流電動機(jī)工作原理完全相同。不同處在于它用電子開關(guān)電路和轉(zhuǎn)子位置傳感器取代了有刷直流電動機(jī)的換向器和電刷，從而實現(xiàn)了直流電動機(jī)的無刷化，同時保持了直流電動機(jī)的良好控制特性，故該類方波電動機(jī)人們習(xí)慣稱為無刷直流電動機(jī)。這是當(dāng)前使

17、用最廣泛的，很有前途的一種自同步永磁同步電動機(jī)。正弦波自同步永磁同步電動機(jī)其定子繞組得到的是對稱三相交流電，但三相交流電的頻率、相位和幅值由轉(zhuǎn)子的位置信號所決定。轉(zhuǎn)子位置檢測通常使用光電編碼器，可精確地獲得瞬間轉(zhuǎn)子位置信息。其控制通常采用單片機(jī)或數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制器的核心單元。因其控制性能、控制精度和轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性較無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)為好，故主要用于現(xiàn)代高精度的交流伺服控制系統(tǒng)中。永磁同步電動機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)中的驅(qū)動電機(jī)常用的有交流異步電動機(jī)、有刷直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)（包括無刷直流電動機(jī)）三大類，它們的綜合特性比較見表2。表2三大類電動機(jī)的綜合特性比較表機(jī)械

18、特性粉可控性碎性噪聲電窿干擾雉修性春命出和效率成本交流異步電動機(jī)軟小班較差本上小易長大氏低再刷直流電司花歌1大更較好大嚴(yán)重推短較4高礪永磁同步電動機(jī)L包括無機(jī)亙流電機(jī)）大易好小小易長小高較高按照不同的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的要求，電機(jī)驅(qū)動又分為定速驅(qū)動、調(diào)速驅(qū)動和精密控制驅(qū)動三類。1、 定速驅(qū)動工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求連續(xù)地以大致不變的速度單方向運(yùn)行，例如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、普通機(jī)床等。對這類機(jī)械以往大多采用三相或單相異步電動機(jī)來驅(qū)動。異步電動機(jī)成本較低，結(jié)構(gòu)簡單牢靠，維修方便，很適合該類機(jī)械的驅(qū)動。但是，異步電動機(jī)效率、功率因數(shù)低、損耗大，而該類電機(jī)使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費(fèi)了

19、。其次，工農(nóng)業(yè)中大量使用的風(fēng)機(jī)、水泵往往亦需要調(diào)節(jié)其流量，通常是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥來完成的，這其中又浪費(fèi)了大量的電能。70年代起，人們用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵中異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)它們的流量，取得可觀的節(jié)能效果，但變頻器的成本又限制了它的使用，而且異步電動機(jī)本身的低效率依然存在。例如，家用空調(diào)壓縮機(jī)原先都是采用單相異步電動機(jī)，開關(guān)式控制其運(yùn)行，噪聲和較高的溫度變化幅度是它的不足。90年代初，日本東芝公司首先在壓縮機(jī)控制上采用了異步電動機(jī)的變頻調(diào)速，變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)了變頻空調(diào)的發(fā)展。近年來日本的日立、三洋等公司開始采用永磁無刷電動機(jī)來替代異步電動機(jī)的變頻調(diào)速，顯著提高了效率，獲得更好的節(jié)能效果和進(jìn)

20、一步降低了噪聲，在相同的額定功率和額定轉(zhuǎn)速下，設(shè)單相異步電動要的體積和重量為100%,則永磁無刷直流電動機(jī)的體積為38.6%,重量為34.8%,用銅量為20.9%,用鐵量為36.5%,效率提高10%以上，而且調(diào)速方便，價格和異步電動機(jī)變頻調(diào)速相當(dāng)。永磁無刷直流電動機(jī)在空調(diào)中的應(yīng)用促進(jìn)了空調(diào)劑的升級換代。再如儀器儀表等設(shè)備上大量使用的冷卻風(fēng)扇，以往都采用單相異步電動機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方式，它的體積和重量大，效率低。近年來它已經(jīng)完全被永磁無刷直流電動機(jī)驅(qū)動的無刷風(fēng)機(jī)所取代。現(xiàn)代迅速發(fā)展的各種計算機(jī)等信息設(shè)備上更是無例外地使用著無刷風(fēng)機(jī)。這些年，使用無刷風(fēng)機(jī)已形成了完整的系列，品種規(guī)格多，外框尺寸從

21、15mm到120mm共有12種，框架厚度有6mm至U18mm共7種，電壓規(guī)格有直流1.5V、3V、5V、12V、24V、48V,轉(zhuǎn)速范圍從2100rpm到14000rpm,分為低轉(zhuǎn)速、中轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)速和超高轉(zhuǎn)速4種,壽命30000小時以上，電機(jī)是外轉(zhuǎn)子的永磁無刷直流電動機(jī)。近年來的實踐表明，在功率不大于10kW而連續(xù)運(yùn)行的場合，為減小體積、節(jié)省材料、提高效率和降低能耗等因素，越來越多的異步電動機(jī)驅(qū)動正被永磁無刷直流電動機(jī)逐步替代。而在功率較大的場合，由于一次成本和投資較大，除了永磁材料外，還要功率較大的驅(qū)動器，故還較少有應(yīng)用。2、 調(diào)速驅(qū)動有相當(dāng)多的工作機(jī)械，其運(yùn)行速度需要任意設(shè)定和調(diào)節(jié)，但速度

22、控制精度要求并不非常高。這類驅(qū)動系統(tǒng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、物料輸送機(jī)械、紡織機(jī)械和交通車輛中有大量應(yīng)用。在這類調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域最初用的最多的是直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，70年代后隨電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速迅速滲透到原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。這是因為一方面異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能價格完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，另一方面異步電動機(jī)與直流電動機(jī)相比有著容量大、可靠性高、干擾小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。故異步電動機(jī)變頻調(diào)速在許多場合迅速取代了直流調(diào)速系統(tǒng)。交流永磁同步電動機(jī)由于其體積小、重量輕、高效節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，越來越引起人們重視，其控制技術(shù)日趨成熟，控制器已產(chǎn)品化。中小功

23、率的異步電動機(jī)變頻調(diào)速正逐步為永磁同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所取代。電梯驅(qū)動就是一個典型的例子。電梯的驅(qū)動系統(tǒng)對電機(jī)的加速、穩(wěn)速、制動、定位都有一定的要求。早期人們采用直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是不言而喻的。70年代變頻技術(shù)發(fā)展成熟，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動迅速取代了電梯行業(yè)中的直流調(diào)速系統(tǒng)。而這幾年電梯行業(yè)中最新驅(qū)動技術(shù)就是永磁同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其體積小、節(jié)能、控制性能好、又容易做成低速直接驅(qū)動，消除齒輪減速裝置；其低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以前的驅(qū)動系統(tǒng)，適合在無機(jī)房電梯中使用。永磁同步電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)很快得到各大電梯公司青睞，與其配套的專用變頻器系列產(chǎn)品已有多種牌號上市?？梢灶A(yù)見，在調(diào)速驅(qū)動

24、的場合，將會是永磁同步電動機(jī)的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步電動機(jī)產(chǎn)品相配的變頻控制器，功率從0.4kW300kW,體積比同容量異步電動機(jī)小12個機(jī)座號，力能指標(biāo)明顯高于異步電動機(jī)，可用于泵、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、升降機(jī)、起重機(jī)等多咱場合。3、 精密控制驅(qū)動高精度的伺服控制系統(tǒng)伺服電動機(jī)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的運(yùn)行控制中扮演了十分重要的角色，應(yīng)用場合的不同對伺服電動機(jī)的控制性能要求也不盡相同。實際應(yīng)用中，伺服電動機(jī)有各種不同的控制方式，例如轉(zhuǎn)矩控制/電流控制、速度控制、位置控制等。伺服電動機(jī)系統(tǒng)也經(jīng)歷了直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，直至近年來最為引人注目的永磁電動機(jī)交流伺

25、服系統(tǒng)。最近幾年進(jìn)口的各類自動化設(shè)備、自動加工裝置和機(jī)器人等絕大多數(shù)都采用永磁同步電動機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。信息技術(shù)中的永磁同步電動機(jī)當(dāng)今信息技術(shù)高度發(fā)展，各種計算機(jī)外設(shè)和辦公自動化設(shè)備也隨之高度發(fā)展，與其配套的關(guān)鍵部件微電機(jī)需求量大，精度和性能要求也越來越高。對這類微電機(jī)的要求是小型化、薄形化、高速、長壽命、高可靠、低噪聲和低振動，精度要求更是特別高。例如，硬盤驅(qū)動器用主軸驅(qū)動電機(jī)是永磁無刷直流電動機(jī)，它以近10000rpm的高速帶動盤片旋轉(zhuǎn)，盤片上執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫功能的磁頭在離盤片表面只有0.10.3微米處作懸浮運(yùn)動，其精度要求之高可想而知了。信息技術(shù)中各種設(shè)備如打印機(jī)、軟硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動、傳

26、真機(jī)、復(fù)印機(jī)等中所使用的驅(qū)動電機(jī)絕大多數(shù)是永磁無刷直流電動機(jī)。受技術(shù)水平限制，這類微電機(jī)目前國內(nèi)還不能自己制造，有部分產(chǎn)品在國內(nèi)組裝。四、永磁同步電動機(jī)的應(yīng)用前景由于電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動機(jī)的控制技術(shù)亦已成熟并日趨完善。以往同步電動機(jī)的概念和應(yīng)用范圍已被當(dāng)今的永磁同步電動機(jī)大大擴(kuò)展。可以毫不夸張地說，永磁同步電動機(jī)已在從小到大，從一般控制驅(qū)動到高精度的伺服驅(qū)動，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的驅(qū)動電機(jī)出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。稀土永磁電機(jī)的現(xiàn)狀與趨勢發(fā)布時間：2009-5-8閱讀：859與傳統(tǒng)的電勵磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)，特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠

27、；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。因而應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。下面介紹幾種典型永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)及其主要應(yīng)用場合。稀土永磁發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比不需要集電環(huán)和電刷裝置，結(jié)構(gòu)簡單，減少了故障率。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到最佳值，提高功率質(zhì)量比。當(dāng)代航空、航天用發(fā)電機(jī)幾乎全部采用稀土永磁發(fā)電機(jī)。其典型產(chǎn)品為美國通用電氣公司制造的150kVA14極12000r/min21000r/min和100kVA60000r/min的稀土鉆永磁同步發(fā)電機(jī)。國內(nèi)研發(fā)的第一臺稀土永磁電

28、機(jī)即為3kW20000r/min的永磁發(fā)電機(jī)。永磁發(fā)電機(jī)也用作大型汽輪發(fā)電機(jī)的副勵磁機(jī)，80年代我國研制成功當(dāng)時世界容量最大的40kVA160kVA稀土永磁副勵磁機(jī)，配備200MW600MW汽輪發(fā)電機(jī)后大大提高電站運(yùn)行的可靠性。目前，獨(dú)立電源用的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動小型發(fā)電機(jī)、車用永磁發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪直接驅(qū)動的小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在逐步推廣。3.2高效永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)與感應(yīng)電動機(jī)相比，不需要無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)（可達(dá)到1,甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以減小風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，效率比同規(guī)格感應(yīng)電動機(jī)可提

29、高28個百分點(diǎn)。而且，永磁同步電動機(jī)在25%120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運(yùn)行時節(jié)能效果更為顯著。這類電機(jī)一般都在轉(zhuǎn)子上設(shè)置起動繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動的能力。目前主要應(yīng)用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運(yùn)行時間長的風(fēng)機(jī)水泵等領(lǐng)域。我國自主開發(fā)的高效高起動轉(zhuǎn)矩鉉鐵硼永磁同步電動機(jī)在油田應(yīng)用中可以解決大馬拉小車”問題，起動轉(zhuǎn)矩比感應(yīng)電動機(jī)大50%100%,可以替代大一個機(jī)座號的感應(yīng)電動機(jī)，節(jié)電率在20%左右。歡迎訪問紡織化纖行業(yè)中負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量大，要求高牽入轉(zhuǎn)矩。合理設(shè)計永磁同步電動機(jī)的空載漏磁系數(shù)、凸極比、轉(zhuǎn)子電阻、永磁體尺寸和定子繞組匝數(shù)可以提高永

30、磁電機(jī)的牽入性能，促使它應(yīng)用于新型的紡織和化纖工業(yè)。大型電站、礦山、石油、化工等行業(yè)所用幾百千瓦和兆瓦級風(fēng)機(jī)、泵類用電機(jī)是耗能大戶，而目前所用電機(jī)的效率和功率因數(shù)較低，改用鉉鐵硼永磁后不僅提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源，且為無刷結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行的可靠性。目前1120kW永磁同步電動機(jī)是世界上功率最大的異步起動高效稀土永磁電機(jī)，效率高于96.5%(同規(guī)格電機(jī)效率為95%),功率因數(shù)0.94,可以替代比它大12個功率等級的普通電動機(jī)。3.3交流伺服永磁電動機(jī)和無刷直流永磁電動機(jī)現(xiàn)在越來越多地用變頻電源和交流電動機(jī)組成交流調(diào)速系統(tǒng)來替代直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動機(jī)中，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定運(yùn)行

31、時與電源頻率保持恒定的關(guān)系，使得它可直接用于開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。這類電機(jī)通常由變頻器頻率的逐步升高來起動，在轉(zhuǎn)子上可以不設(shè)置起動繞組，而且省去了電刷和換向器，維護(hù)方便。變頻器供電的永磁同步電動機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動機(jī)，既具有電勵磁直流電動機(jī)的優(yōu)異調(diào)速性能，又實現(xiàn)了無刷化，主要應(yīng)用于高控制精度和高可靠性的場合，如航空、航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、電動汽車、計算機(jī)外圍設(shè)備等?，F(xiàn)已研制成寬調(diào)速范圍、高恒功率調(diào)速比的鉉鐵硼永磁同步電動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)，調(diào)速比高達(dá)1:22500,極限轉(zhuǎn)速達(dá)到9000r/min。永磁同步電動機(jī)高效、小振動、低噪聲、高轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn)在電動車、機(jī)床等驅(qū)

32、動裝置中是最理想的電動機(jī)。隨著人民生活水平的不斷提高，對家用電器的要求越來越高。例如家用空調(diào)器，既是耗電大件，又是噪聲的主要來源，其發(fā)展趨勢是使用能無級調(diào)速的永磁無刷直流電動機(jī)。它既能根據(jù)室溫的變化，自動調(diào)整到適宜的轉(zhuǎn)速下長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，減少噪聲和振動，使人的感覺更為舒適，還比不調(diào)速的空調(diào)器節(jié)電1/3。其他如電冰箱、洗衣機(jī)、除塵器、風(fēng)扇等也在逐步改用無刷直流電動機(jī)。3.4永磁直流電動機(jī)直流電動機(jī)采用永磁勵磁后，既保留了電勵磁直流電動機(jī)良好的調(diào)速特性和機(jī)械特性，還因省去了勵磁繞組和勵磁損耗而具有結(jié)構(gòu)工藝簡單、體積小、用銅量少、效率高等特點(diǎn)。因而從家用電器、便攜式電子設(shè)備、電動工具到要求有良好動態(tài)性能

33、的精密速度和位置傳動系統(tǒng)都大量應(yīng)用永磁直流電動機(jī)。500W以下的微型直流電動機(jī)中，永磁電機(jī)占92%,而10W以下的永磁電機(jī)占99%以上。目前，我國汽車行業(yè)發(fā)展迅速，汽車工業(yè)是永磁電機(jī)的最大用戶，電機(jī)是汽車的關(guān)鍵部件，一輛超豪華轎車中，各種不同用途的電機(jī)達(dá)70余臺，其中絕大部分是低壓永磁直流微電機(jī)。汽車、摩托車用起動機(jī)電動機(jī)，采用鉉鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后，可使起動機(jī)電動機(jī)的質(zhì)量減輕一半。幾種新型結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)無鐵心鉉鐵硼永磁電機(jī)利用鉉鐵硼永磁材料高矯頑力的優(yōu)異特性不用或少用硅鋼片，制成無鐵心電機(jī)，質(zhì)量大大減輕。無鐵心永磁電機(jī)采用聚磁型結(jié)構(gòu)和正余弦充磁，所產(chǎn)生的磁場呈正弦分布，因此可以不斜槽

34、，可以采用集中繞組，便于AC控制。繞組端部短，損耗小，轉(zhuǎn)矩密度高，振動噪聲顯著降低。應(yīng)用在汽車方向盤驅(qū)動、機(jī)器人、電梯及DVD的驅(qū)動等許多方面。橫向磁通鉉鐵硼永磁電機(jī)為了解決安放線圈的槽的寬度與磁通流經(jīng)的齒部的寬度之間的矛盾，提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，人們不斷探索新的磁路結(jié)構(gòu)歡迎訪問,出現(xiàn)了橫向磁通電機(jī)(TransverseFluxMachine)結(jié)構(gòu)思想。這種電機(jī)定子齒槽結(jié)構(gòu)和電樞線圈在空間上相互垂直，主磁通沿電機(jī)軸向流通，電流和磁負(fù)荷在空間上不存在競爭，因而定子尺寸和通電線圈的大小相互獨(dú)立，在一定范圍內(nèi)可以任意選取，提高了功率密度。目前國際上對這種結(jié)構(gòu)電機(jī)的研發(fā)剛剛起步，有廣闊的發(fā)展前

35、景。永磁特種電機(jī)控制電機(jī)和特種電機(jī)的種類很多，其共同的發(fā)展趨勢之一是永磁化，以高性能的永磁體勵磁逐步取代電勵磁。由于稀土永磁具有高剩磁密度、高矯頑力和高磁能積的特點(diǎn)，可以容許所制成的電機(jī)具有較大的氣隙長度和氣隙密度，因而在永磁體安放和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計上有很大靈活性，可以根據(jù)使用場合，特別是汽車、計算機(jī)和航天工程的需要，制成與傳統(tǒng)電機(jī)不同的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，例如盤式電機(jī)、無槽電機(jī)等。這既可以進(jìn)一步減少電機(jī)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，提高電機(jī)的反應(yīng)靈敏度；又可以減少電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動，增加運(yùn)行的平穩(wěn)性；還可以簡化電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝。因而在計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公設(shè)備和要求精度定位控制的場合得到廣泛應(yīng)用。計算機(jī)磁盤驅(qū)動器中用

36、以驅(qū)動讀寫磁頭作往復(fù)運(yùn)動的動圈式直線電動機(jī)一一音圈電動機(jī)需要高性能磁體，以保證足夠的靈敏度，縮小體積和減輕質(zhì)量。欽鐵硼永磁正好能滿足這一要求。20世紀(jì)60年代采用鐵氧體永磁研制的是14in磁盤驅(qū)動器用音圈電動機(jī)。自采用欽鐵硼永磁后，驅(qū)動器尺寸不斷縮小，存取時間明顯減少，存儲容量增加。1984年磁盤驅(qū)動器縮小到以5.25in盤為主；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，3.5in磁盤驅(qū)動器迅速增長，成為主體。今后幾年內(nèi)2.5in和1.8in磁盤驅(qū)動器將大為發(fā)展。因此，日、美等國欽鐵硼永磁銷售量的一半左右用于制造音圈電動機(jī)。此外，在步進(jìn)電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動、低速同步電動機(jī)等特種電機(jī)中增加欽鐵硼永磁勵磁后，其技術(shù)經(jīng)

37、濟(jì)性能、動態(tài)響應(yīng)特性都有明顯提高與改進(jìn)。永磁同步電機(jī)的應(yīng)用前景編者按：本文的要講述的話題是永磁同步電機(jī)的應(yīng)用前景，從屬于欄目電機(jī)產(chǎn)品-智能樓宇-中國弱電,如果你感興趣，請繼續(xù)閱讀；否則可以選擇右邊推薦的其他文章。編者祝您健康！一、概述眾所周知，直流電動機(jī)有優(yōu)良的控制性能,其機(jī)械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機(jī)所沒有的特性。此外，直流電動機(jī)還有起動轉(zhuǎn)矩大、效率高、調(diào)速方便、動態(tài)特性好等特點(diǎn)。優(yōu)良的控制特性使直流電動機(jī)在70年代前的很長時間里，在有調(diào)速、控制要求的場合，幾乎成了唯一的選擇。但是，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其定子上有激磁繞組產(chǎn)生主磁場，對功率較大的直流電動機(jī)常常還裝有換向

38、極，以改善電機(jī)的換向性能。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上安放電樞繞組和換向器，直流電源通過電刷和換向器將直流電送入電樞繞組并轉(zhuǎn)換成電樞繞組中的交變電流，即進(jìn)行機(jī)械式電流換向。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)限制了直流電動機(jī)體積和重量的進(jìn)一步減小，尤其是電刷和換向器的滑動接觸造成了機(jī)械磨損和火花，使直流電動機(jī)的故障多、可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護(hù)工作量大。換向火花既造成了換向器的電腐蝕，還是一個無線電干擾源，會對周圍的電器設(shè)備帶來有害的影響。電機(jī)的容量越大、轉(zhuǎn)速越高，問題就越嚴(yán)重。所以，普通直流電動機(jī)的電刷和換向器限制了直流電動機(jī)向高速度、大容量的發(fā)展。在交流電網(wǎng)上，人們還廣泛使用著交流異步電動機(jī)來拖動工作機(jī)械。交流異步電動機(jī)具有結(jié)

39、構(gòu)簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護(hù)簡便。但是，與直流電動機(jī)相比.它調(diào)速性能差，起動轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低。其旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因素低，輕載時尤甚，這大增加了線路和電網(wǎng)的損耗。長期以來，在不要求調(diào)速的場合，例如風(fēng)機(jī)、水泵、普通機(jī)床的驅(qū)動中，異步電動機(jī)占有主導(dǎo)地位,當(dāng)然這類拖動中，無形中損失了大量電能。過去的電力拖動中，很少彩同步電動機(jī)，其主要原因是同步電動機(jī)不能在電網(wǎng)電壓下自行起動，靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，平均轉(zhuǎn)矩為零。人們亦知道變頻電源可解決同步電動機(jī)的起動和調(diào)速問題，但在70年代以前，變頻電源是可想而不可得的設(shè)備。所以，過去的電力拖動中，很少看到用

40、同步電動機(jī)作原動機(jī)。在大功率范圍內(nèi)，偶爾也有同步電動機(jī)運(yùn)行的例子，但它往往是用來改善大企業(yè)的電網(wǎng)功率因數(shù)。自70年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了同步電動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，主要的原因有：1、高性能永磁材料的發(fā)展永磁材料近年來的開發(fā)很快，現(xiàn)有鋁饃鉆、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又有第一代杉鉆1:5,第二代杉鉆2:17和第三鉉鐵硼。鋁饃鉆是本世紀(jì)三十年代研制成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應(yīng)強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但它矯頑力低，抗退磁能力差，而且要用貴重的金屬鉆，成本高，這些不足大大限制了它在電機(jī)中的應(yīng)用鐵氧體磁體是本世紀(jì)五十年代初開發(fā)的永磁材料，其最大的特點(diǎn)是價格低廉，有較高的矯頑力，其

41、不足是剩磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁能積都較低。杉鉆稀土永磁材料在六十年代中期問世，它具有鋁饃鉆一樣高的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，矯頑力比鐵氧體高，但鈔稀土材料價格較高。80年代初被鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)，它具有高的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點(diǎn)特別適合在電機(jī)中使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹而需涂復(fù)處理。經(jīng)過這幾年的不斷改進(jìn)提高，這些缺點(diǎn)大多已經(jīng)克服，現(xiàn)鉉鐵硼永磁材料最高的工作溫度已可達(dá)180C,-般也可達(dá)150C,已足以滿足絕大多數(shù)電機(jī)的使用要求。表1是各種永磁材料性能比較。永磁材料的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。在同步電動機(jī)中用永磁體取代傳統(tǒng)的電激磁磁極的好處是：用永

42、磁體替代電激磁磁極，簡化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率的同步電動機(jī)絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。2、電力電子技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了永磁同步電動機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強(qiáng)電之間的橋梁。自58年世界上第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件（大功率晶體管GTR可關(guān)斷晶閘管GTO功率場效應(yīng)管MOSFET的三代復(fù)合場控器件（絕緣柵功率晶體管IGBT、靜電感應(yīng)式晶體管SIT、MOS控制的晶體管MCT等）直至90

43、年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路IPM。半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大降低，控制電路日趨完美，它極大地推動了各類電機(jī)的控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，可將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率連續(xù)可調(diào)的變頻電源，這就為交流電機(jī)的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設(shè)定后都有軟起動功能，頻率會以一定速率從零上升設(shè)定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調(diào)整，這對同步工動機(jī)而言就是解決了起動問題。對最新的自同步永磁同步電動機(jī)，高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)的必不可少的功率環(huán)節(jié)。3、規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機(jī)的控制集成電路和計算機(jī)技術(shù)是電子技術(shù)

44、發(fā)展的代表，它不僅是高新電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，又是不少傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造基礎(chǔ)。它們的飛速發(fā)展促進(jìn)了電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。70年代人們對交流電機(jī)提出了矢量控制的概念。這種理論的主要思想是將交流電機(jī)電樞繞組的三相電流通過坐標(biāo)變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機(jī)模擬成直流電動機(jī)來控制，可獲得與直流電動機(jī)一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。這種控制方法已經(jīng)成熟，并已成功地在交流伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用。因為這種方法采用了坐標(biāo)變換，所以對控制器地運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力，控制地實時性和控制精度等提出了很高的要求，單片機(jī)往往都不能滿足要求。近年來各種集成化的數(shù)字信號處理器（DSP發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和

45、開發(fā)工具越來越多，出現(xiàn)了專門用于電機(jī)控制的高性能、低價位的DSR集成電路和計算技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動機(jī)控制技術(shù)起到了重要的推動作用。、永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行控制方法永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行可分為外同步和自同步二類。用獨(dú)立的變頻電源向永磁同步電動機(jī)供電，同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格地跟隨電源頻率而變化，此即為外同步式永磁同步電動機(jī)運(yùn)行。外同步運(yùn)行常用于開環(huán)控制，由于轉(zhuǎn)速與頻率的嚴(yán)格關(guān)系，此運(yùn)行方式適合在多臺電動機(jī)要求嚴(yán)格同步運(yùn)行的場合使用。例如，紡織行業(yè)紗錠驅(qū)動，傳送帶銀道驅(qū)動等場合。為此可選用一臺較大容量的變頻器，同時向多臺永磁同步電動機(jī)供電。當(dāng)然，變頻器必須能軟起動，輸出頻率能由低到高逐步上升到以解決同步

46、電動機(jī)的起動問題。所謂自同步的永磁同步電動機(jī)，其定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場位置由永磁轉(zhuǎn)子的位置所決定，能自動地維持與轉(zhuǎn)子磁場有900的空間夾角，以產(chǎn)生最大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速則嚴(yán)格地由永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速所決定。用此種方式運(yùn)行的永磁同步電動機(jī)除仍需逆變器開關(guān)電路外，還需要一個能檢測轉(zhuǎn)子位置的傳感器，逆變器的開關(guān)工作，即永磁同步電動機(jī)定子繞組得到的多相電流，完全由轉(zhuǎn)子位置檢測裝置給出的信號來控制。這種定子旋轉(zhuǎn)磁場由定子位置來決定的運(yùn)行方式即自同步的永磁同步電動機(jī)運(yùn)行方式，這是從60年代后期發(fā)展起來的新方式。自同步的永磁同步電動機(jī)運(yùn)行方式從原理上分析可知.它具有直流電動機(jī)的特性.有穩(wěn)定的起動轉(zhuǎn)矩，可以

47、自行起動，并可類似于直流電動機(jī)對電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。自同步的永磁同步電動機(jī)已成為當(dāng)今永磁同步電動機(jī)應(yīng)用的主要方式。自同步永磁同步電動機(jī)按電機(jī)定子繞組中加入的電流形式可分為方波電動機(jī)和正弦波電動機(jī)二類。方波電動機(jī)繞組中的電流式方波形電流，分析其工作原理可知，它與有刷直流電動機(jī)工作原理完全相同。不同處在于它用電子開關(guān)電路和轉(zhuǎn)子位置傳感器取代了有刷直流電動出勺換向器和電刷，從而實現(xiàn)了直流電動機(jī)的無刷化,同時保持了直流電動機(jī)的良好控制特性，故該類方波電動機(jī)人們習(xí)慣稱為無刷直流電動機(jī)。這是當(dāng)前使用最廣泛的，很有前途的一種自同步永磁同步電動機(jī)。正弦波自同步永磁同步電動機(jī)其定子繞組得到的是對稱三相交流電，但三

48、相交流電的頻率、相位和幅值由轉(zhuǎn)子的位置信號所決定。轉(zhuǎn)子位置檢測通常使用光電編碼器，可精確地獲得瞬間轉(zhuǎn)子位置信息。其控制通常采用單片機(jī)或數(shù)字信號處理器（DSP作為控制器的核心單元。因其控制性能、控制精度和轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性較無刷直流電動膽笆區(qū)統(tǒng)為好，故主要用于現(xiàn)代高精度的交流伺服控制系統(tǒng)中。三、永磁同步電動機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)中的驅(qū)動電機(jī)常用的有交流異步電動機(jī)2有刷直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)（包括無刷直流電動機(jī)）三大類，它們的綜合特性比較見表2。按照不同的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的要求，電機(jī)驅(qū)動又分為定速驅(qū)動、調(diào)速驅(qū)動和精密控制驅(qū)動三類。1、定速驅(qū)動工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求連續(xù)地以大致不變的速

49、度單方向運(yùn)行，例如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、普通機(jī)床等。對這類機(jī)械以往大多采用三相或單相異步電動機(jī)來驅(qū)動。異步電動機(jī)成本較低，結(jié)構(gòu)簡單牢靠，維修方便，很適合該類機(jī)械的驅(qū)動。但是，異步電動機(jī)效率、功率因數(shù)低、損耗大，而該類電機(jī)使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費(fèi)了。其次，工農(nóng)業(yè)中大量使用的風(fēng)機(jī)、水泵往往亦需要調(diào)節(jié)其流量，通常是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥來完成的，這其中又浪費(fèi)了大量的電能。70年代起，人們用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵中異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)它們的流量，取得可觀的節(jié)能效果，但變頻器的成本又限制了它的使用，而且異步電動機(jī)本身的低效率依然存在。例如，家用空調(diào)壓縮機(jī)原先都是采用單相異步電動%開關(guān)式控制其運(yùn)行，

50、噪聲和較高的溫度變化幅度是它的不足。90年代初，日本東芝公司首先在壓縮機(jī)控制上采用了異步電動機(jī)的變頻調(diào)速，變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)了變頻空調(diào)的發(fā)展。近年來日本的日立、三洋等公司開始采用永磁無刷電動機(jī)來替代異步電動機(jī)的變頻調(diào)速,顯著提高了效率，獲得更好的節(jié)能效果和進(jìn)一步降低了噪聲，在相同的額定功率和額定轉(zhuǎn)速下，設(shè)單相異步電動要的體積和重量為100%,則永磁無刷直流電動機(jī)的體積為38.6%,重量為34.8%,用銅量為20.9%,用鐵量為36.5%,效率提高10%以上，而且調(diào)速方便，價格和異步電動機(jī)變頻調(diào)速相當(dāng)。永磁無刷直流電動機(jī)在空調(diào)中的應(yīng)用促進(jìn)了空調(diào)劑的升級換代。再如儀器儀表等設(shè)備上大量使用的冷卻風(fēng)扇，以往都采用單相異步電動機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方式，它的體積和重量大，效率低。近年來它已經(jīng)完全被永磁無刷直流電動機(jī)驅(qū)動的無刷風(fēng)機(jī)所取代?，F(xiàn)代迅速發(fā)展的各種計算機(jī)等信息設(shè)備上更是無例外地使用著無刷風(fēng)機(jī)。這些年，使用無刷風(fēng)機(jī)已形成了完整的系列，品種規(guī)格多，外框尺寸從15mmi11120mm共有12種，框架厚度有6mmiij18mm7種，電壓規(guī)格有直流1.5