稀土永磁同步電機發(fā)展優(yōu)勢

1、稀土永磁同步電機發(fā)展優(yōu)勢我國稀土資源豐富，蘊藏量占全世界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，使得稀土永磁電機的推廣和應用走向民用產品成為可能。稀土永磁材料用以制造電動機（或發(fā)電機）可縮小體積、減輕重量，降低損耗，簡化結構，提高可靠性。稀土永磁電機的運轉效率和功率因數(shù)大幅度提高，具有調速精度高、調速比大,輸出特性硬、運轉平穩(wěn)，特殊是電機具有恒轉矩輸出和轉速不隨負載波動的特性。通過有效方法控制，可使稀土電機輸出轉速和轉矩在很大范圍內得到精確控制，在某些機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，這無疑給整個機械制造行業(yè)帶來一場新的革命。推廣應用

2、稀土永磁電機具有重要的戰(zhàn)略意義和社會經(jīng)濟效益，可以說是傳統(tǒng)電機更新?lián)Q代產品。稀土永磁同步電機的主要發(fā)展優(yōu)勢1 .結構簡單運行可靠。因為永磁電機轉子不需要勵磁，省去線圈或鼠籠，簡化了結構，實現(xiàn)了無刷，減少了故障，維修更加方便簡單，維修復雜系數(shù)大大降低。2 .超低溫升、小體積永磁同步電機與感應電機相比，由于不需要無功勵磁電流，而具備以下特點：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；減小電機的銅損和鐵損。所以同步電機發(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可節(jié)能50%以上，輕載電流低于異步電機的10%,如11Kw異步電機輕載時異步電機電流10A,而同步電機輕載電流只有0.7A。4 .調速范圍寬，可達1:1000甚至于更高（異步電機只有1:100）,而且調速精度極高，可大大提高電梯的品質。5 .永磁同步電梯電機在額定轉速內保持恒轉矩，對于提高電梯的運行穩(wěn)定性至關重要?？梢宰龅浇o定曲線與運行曲線重合，特殊是電動機在低頻、低壓、低速時可提供足夠的轉矩，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。因為永磁同步電機滿載啟動運行時電流不大，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。由于永磁電機恒轉矩和寬調速的優(yōu)勢，可將電機做成多極，為去除減速箱實現(xiàn)無齒化創(chuàng)造了條件，促進電梯技術的進步。6 .利用永磁同步電機的發(fā)電制動功能，實現(xiàn)對無齒輪電梯的二次安全保護。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 .采用永磁同步電機的電梯節(jié)能可達50%,按每臺每年節(jié)約電費近萬元計，僅北京市節(jié)約電費就數(shù)億元，所節(jié)約的電能又能為國民經(jīng)濟做更大的貢獻。8 .稀土永磁同步電梯的拖動系統(tǒng)由電動機和用以驅動電機的同步變頻器組成。當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的低，可減少開支25%,合約3000元左右。由于永磁同步電機所用的永磁材料價格已下降，同步電動機比異步電動機價格只高20%,系統(tǒng)價格并沒有提高，而且還有下降的趨勢。永磁同步電動機的應用前景發(fā)表時間：2007-10-10來源：中國工控信息網(wǎng)關鍵字：永磁同步電動機工業(yè)應用信息化應用調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和控制技術的發(fā)展，永磁同步電動機的控制技術亦已成熟并日趨完善。以往同步電動機的概念和應用范圍已被當今的永磁同步電動機大大擴展。本文介紹了永磁同步電動機的運行控制方法及其在現(xiàn)代工業(yè)

6、中的應用。眾所周知，直流電動機有優(yōu)良的控制性能，其機械特性和調速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉矩大、效率高、調速方便、動態(tài)特性好等特點。優(yōu)良的控制特性使直流電動機在70年代前的很長時間里，在有調速、控制要求的場合，幾乎成了唯一的選擇。但是，直流電動機的結構復雜，其定子上有激磁繞組產生主磁場，對功率較大的直流電動機常常還裝有換向極，以改善電機的換向性能。直流電機的轉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換成電樞繞組中的交變電流，即進行機械式電流換向。復雜的結構限制了直流電動機體積和重量的進一步減小，尤其是電刷和換

7、向器的滑動接觸造成了機械磨損和火花，使直流電動機的故障多、可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護工作量大。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，會對周圍的電器設備帶來有害的影響。電機的容量越大、轉速越高，問題就越嚴重。所以，普通直流電動機的電刷和換向器限制了直流電動機向高速度、大容量的發(fā)展。一、同步電動機的發(fā)展和應用在交流電網(wǎng)上，人們還廣泛使用著交流異步電動機來拖動工作機械。交流異步電動機具有結構簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護簡便。但是，與直流電動機相比，它調速性能差，起動轉矩小，過載能力和效率低。其旋轉磁場的產生需從電網(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，在不要求調速的場合，例如風機、水泵、普通機床的驅動中，異步電動機占有主導地位，當然這類拖動中，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，其主要原因是同步電動機不能在電網(wǎng)電壓下自行起動，靜止的轉子磁極在旋轉磁場的作用下，平均轉矩為零。人們亦知道變頻電源可解決同步電動機的起動和調速問題，但在70年代以前，變頻電源是可想而不可得的設備。所以，過去的電力拖動中，很少看到用同步電動機作原動機。在大功率范圍內，偶爾也有同步電動機運行的例子，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，科學技術的發(fā)展極大地推動了同步電動機的發(fā)展和應用，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。鋁饃鉆是本世紀三十年代研制成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應強度高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，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中的應用。鐵氧體磁體是本世紀五十年代初開發(fā)的永磁材料，其最大的特點是價格低廉，有較高的矯頑力，其不足是剩磁感應強度和磁能積都較低。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強度，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、感應強度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點特別適合在電機中使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點低，容易氧化生銹而需涂復處理。經(jīng)過這幾年的不斷改進提高，這些缺點大多已經(jīng)克服，現(xiàn)鉉鐵硼永磁材料最高的工作溫度已可達180C,一般也可達150C,已足以滿足絕大多數(shù)電機的使用要求。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的開發(fā)應用。在同步電動機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，簡化了結構，消除了轉子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結構，縮小了轉子體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發(fā)熱。當今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結構。2、電力電子技術的發(fā)展大大促進了永磁同步電動機的開發(fā)應用。電力電子技術是信息產業(yè)和傳統(tǒng)產業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。自58年世界上第一個功率半導體開關晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關斷能力的半導體器件（大功率晶體管GTR、可關斷晶閘管GTO、功率場效應管MOSFET）

12、的三代復合場控器件（絕緣柵功率晶體管IGBT、靜電感應式晶體管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。半導體開關器件性能不斷提高，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白控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產品，可將工頻電源轉變?yōu)轭l率連續(xù)可調的變頻電源，這就為交流電機的變頻調速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設定后都有軟起動功能，頻率會以一定速率從零上升設定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調整，這對同步電動機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，高性能電力半導體開關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技術的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制集成電路和計算機技術是電子技術發(fā)展的代表，它不僅是高新電子信息產業(yè)的核心，又是不少傳統(tǒng)產業(yè)的改造基礎。它們的飛速發(fā)展促進了電機控制技術的發(fā)展與創(chuàng)新。70年代人們對交流電機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電樞繞組的三相電流通過坐標變換分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動機來控制，可獲得與直流電動機一樣良好的動態(tài)調速特性。這種控制方法已經(jīng)成熟，并已成功地在交流伺服系統(tǒng)中得到應用。因為這種方法采用了坐標變換，所以對控制器地運算速度、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)了專門用于電機控制的高性能、低價位的DSP。集成電路和計算技術的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術起到了重要的推動作用。二、永磁同步電動機的運行控制方法永磁同步電動機的運行可分為外同步和自同步二類。用獨立的變頻電源向永磁同步電動機供電，同步電動機轉速嚴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運行。外同步運行常用于開環(huán)控制，由于轉速與頻率的嚴格關系，此運行方式適合在多臺電動機要求嚴格同步運行的場合使用。例如，紡織行業(yè)紗錠驅動，傳送帶銀道驅動等場合。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供電。當然，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的起動問題。所謂自同步的永磁同步電動機，其定子繞組產生的旋轉磁場位置由永磁轉子的位置所決定，能自動地維持與轉子磁場有900的空間夾角，以產生最大的電機轉矩。旋轉磁場的轉速則嚴格地由永磁轉子的轉速所決定。用此種方式運行的永磁同步電動機除仍需逆變器開關電路外，還需要一個能檢測轉子位置的傳感器，逆變器的開關工作，即永磁同步電動機定子繞組得到的多相電流，完全由轉子位置檢測裝置給出的信號來控制。這種定子旋轉磁場由定子位置來決定的運行方式即自同步的永磁同步電動機運行方式，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運行方式從原理上分析可知，它具有直流電動機的特性，有穩(wěn)定的起動轉矩，可以自行起動，并可類似于直流電動機對電機進行閉環(huán)控制。自同步的永磁同步電動機已成為當今永磁同步電動機應用的主要方式。自同步永磁同步電動機按電機定子繞組中加入的電流形式可分為方波電動機和正弦波電動機二類。方波電動機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工作原理完全相同。不同處在于它用電子開關電路和轉子位置傳感器取代了有刷直流電動機的換向器和電刷，從而實現(xiàn)了直流電動機的無刷化，同時保持了直流電動機的良好控制特性，故該類方波電動機人們習慣稱為無刷直流電動機。這是當前使

17、用最廣泛的，很有前途的一種自同步永磁同步電動機。正弦波自同步永磁同步電動機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、相位和幅值由轉子的位置信號所決定。轉子位置檢測通常使用光電編碼器，可精確地獲得瞬間轉子位置信息。其控制通常采用單片機或數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制器的核心單元。因其控制性能、控制精度和轉矩的平穩(wěn)性較無刷直流電動機控制系統(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。永磁同步電動機在現(xiàn)代工業(yè)中的應用現(xiàn)代工農業(yè)中的驅動電機常用的有交流異步電動機、有刷直流電動機和永磁同步電動機（包括無刷直流電動機）三大類，它們的綜合特性比較見表2。表2三大類電動機的綜合特性比較表機械

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大更較好大嚴重推短較4高礪永磁同步電動機L包括無機亙流電機）大易好小小易長小高較高按照不同的工農業(yè)生產機械的要求，電機驅動又分為定速驅動、調速驅動和精密控制驅動三類。1、 定速驅動工農業(yè)生產中有大量的生產機械要求連續(xù)地以大致不變的速度單方向運行，例如風機、泵、壓縮機、普通機床等。對這類機械以往大多采用三相或單相異步電動機來驅動。異步電動機成本較低，結構簡單牢靠，維修方便，很適合該類機械的驅動。但是，異步電動機效率、功率因數(shù)低、損耗大，而該類電機使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費了

19、。其次，工農業(yè)中大量使用的風機、水泵往往亦需要調節(jié)其流量，通常是通過調節(jié)風門、閥來完成的，這其中又浪費了大量的電能。70年代起，人們用變頻器調節(jié)風機、水泵中異步電動機轉速來調節(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，而且異步電動機本身的低效率依然存在。例如，家用空調壓縮機原先都是采用單相異步電動機，開關式控制其運行，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控制上采用了異步電動機的變頻調速，變頻調速的優(yōu)點促進了變頻空調的發(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來替代異步電動機的變頻調速，顯著提高了效率，獲得更好的節(jié)能效果和進

20、一步降低了噪聲，在相同的額定功率和額定轉速下，設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，而且調速方便，價格和異步電動機變頻調速相當。永磁無刷直流電動機在空調中的應用促進了空調劑的升級換代。再如儀器儀表等設備上大量使用的冷卻風扇，以往都采用單相異步電動機外轉子結構的驅動方式，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驅動的無刷風機所取代?，F(xiàn)代迅速發(fā)展的各種計算機等信息設備上更是無例外地使用著無刷風機。這些年，使用無刷風機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,轉速范圍從2100rpm到14000rpm,分為低轉速、中轉速、高轉速和超高轉速4種,壽命30000小時以上，電機是外轉子的永磁無刷直流電動機。近年來的實踐表明，在功率不大于10kW而連續(xù)運行的場合，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驅動正被永磁無刷直流電動機逐步替代。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，還要功率較大的驅動器，故還較少有應用。2、 調速驅動有相當多的工作機械，其運行速度需要任意設定和調節(jié)，但速度

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

23、率的異步電動機變頻調速正逐步為永磁同步電動機調速系統(tǒng)所取代。電梯驅動就是一個典型的例子。電梯的驅動系統(tǒng)對電機的加速、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調速系統(tǒng)，其缺點是不言而喻的。70年代變頻技術發(fā)展成熟，異步電動機的變頻調速驅動迅速取代了電梯行業(yè)中的直流調速系統(tǒng)。而這幾年電梯行業(yè)中最新驅動技術就是永磁同步電動機調速系統(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)于以前的驅動系統(tǒng)，適合在無機房電梯中使用。永磁同步電動機驅動系統(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品已有多種牌號上市?？梢灶A見，在調速驅動

24、的場合，將會是永磁同步電動機的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步電動機產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小12個機座號，力能指標明顯高于異步電動機，可用于泵、運輸機械、攪拌機、卷揚機、升降機、起重機等多咱場合。3、 精密控制驅動高精度的伺服控制系統(tǒng)伺服電動機在工業(yè)自動化領域的運行控制中扮演了十分重要的角色，應用場合的不同對伺服電動機的控制性能要求也不盡相同。實際應用中，伺服電動機有各種不同的控制方式，例如轉矩控制/電流控制、速度控制、位置控制等。伺服電動機系統(tǒng)也經(jīng)歷了直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、步進電機驅動系統(tǒng)，直至近年來最為引人注目的永磁電動機交流伺

25、服系統(tǒng)。最近幾年進口的各類自動化設備、自動加工裝置和機器人等絕大多數(shù)都采用永磁同步電動機的交流伺服系統(tǒng)。信息技術中的永磁同步電動機當今信息技術高度發(fā)展，各種計算機外設和辦公自動化設備也隨之高度發(fā)展，與其配套的關鍵部件微電機需求量大，精度和性能要求也越來越高。對這類微電機的要求是小型化、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，硬盤驅動器用主軸驅動電機是永磁無刷直流電動機，它以近10000rpm的高速帶動盤片旋轉，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微米處作懸浮運動，其精度要求之高可想而知了。信息技術中各種設備如打印機、軟硬盤驅動器、光盤驅動、傳

26、真機、復印機等中所使用的驅動電機絕大多數(shù)是永磁無刷直流電動機。受技術水平限制，這類微電機目前國內還不能自己制造，有部分產品在國內組裝。四、永磁同步電動機的應用前景由于電子技術和控制技術的發(fā)展，永磁同步電動機的控制技術亦已成熟并日趨完善。以往同步電動機的概念和應用范圍已被當今的永磁同步電動機大大擴展?？梢院敛豢鋸埖卣f，永磁同步電動機已在從小到大，從一般控制驅動到高精度的伺服驅動，從人們日常生活到各種高精尖的科技領域作為最主要的驅動電機出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。稀土永磁電機的現(xiàn)狀與趨勢發(fā)布時間：2009-5-8閱讀：859與傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結構簡單，運行可靠

27、；體積小，質量輕；損耗小，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點。因而應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業(yè)生產和日常生活的各個領域。下面介紹幾種典型永磁電機的主要特點及其主要應用場合。稀土永磁發(fā)電機永磁同步發(fā)電機與傳統(tǒng)的發(fā)電機相比不需要集電環(huán)和電刷裝置，結構簡單，減少了故障率。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機轉速提高到最佳值，提高功率質量比。當代航空、航天用發(fā)電機幾乎全部采用稀土永磁發(fā)電機。其典型產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。國內研發(fā)的第一臺稀土永磁電

28、機即為3kW20000r/min的永磁發(fā)電機。永磁發(fā)電機也用作大型汽輪發(fā)電機的副勵磁機，80年代我國研制成功當時世界容量最大的40kVA160kVA稀土永磁副勵磁機，配備200MW600MW汽輪發(fā)電機后大大提高電站運行的可靠性。目前，獨立電源用的內燃機驅動小型發(fā)電機、車用永磁發(fā)電機、風輪直接驅動的小型永磁風力發(fā)電機正在逐步推廣。3.2高效永磁同步電動機永磁同步電動機與感應電動機相比，不需要無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)（可達到1,甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運行時沒有轉子銅耗，進而可以減小風扇（小容量電機甚至可以去掉風扇）和相應的風摩損耗，效率比同規(guī)格感應電動機可提

29、高28個百分點。而且，永磁同步電動機在25%120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運行時節(jié)能效果更為顯著。這類電機一般都在轉子上設置起動繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動的能力。目前主要應用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運行時間長的風機水泵等領域。我國自主開發(fā)的高效高起動轉矩鉉鐵硼永磁同步電動機在油田應用中可以解決大馬拉小車”問題，起動轉矩比感應電動機大50%100%,可以替代大一個機座號的感應電動機，節(jié)電率在20%左右。歡迎訪問紡織化纖行業(yè)中負載轉動慣量大，要求高牽入轉矩。合理設計永磁同步電動機的空載漏磁系數(shù)、凸極比、轉子電阻、永磁體尺寸和定子繞組匝數(shù)可以提高永

30、磁電機的牽入性能，促使它應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機、泵類用電機是耗能大戶，而目前所用電機的效率和功率因數(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，且為無刷結構，提高了運行的可靠性。目前1120kW永磁同步電動機是世界上功率最大的異步起動高效稀土永磁電機，效率高于96.5%(同規(guī)格電機效率為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。3.3交流伺服永磁電動機和無刷直流永磁電動機現(xiàn)在越來越多地用變頻電源和交流電動機組成交流調速系統(tǒng)來替代直流電動機調速系統(tǒng)。在交流電動機中，永磁同步電機的轉速在穩(wěn)定運行

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

32、動裝置中是最理想的電動機。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速的永磁無刷直流電動機。它既能根據(jù)室溫的變化，自動調整到適宜的轉速下長時間運轉，減少噪聲和振動，使人的感覺更為舒適，還比不調速的空調器節(jié)電1/3。其他如電冰箱、洗衣機、除塵器、風扇等也在逐步改用無刷直流電動機。3.4永磁直流電動機直流電動機采用永磁勵磁后，既保留了電勵磁直流電動機良好的調速特性和機械特性，還因省去了勵磁繞組和勵磁損耗而具有結構工藝簡單、體積小、用銅量少、效率高等特點。因而從家用電器、便攜式電子設備、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)都大量應用永磁直流電動機。500W以下的微型直流電動機中，永磁電機占92%,而10W以下的永磁電機占99%以上。目前，我國汽車行業(yè)發(fā)展迅速，汽車工業(yè)是永磁電機的最大用戶，電機是汽車的關鍵部件，一輛超豪華轎車中，各種不同用途的電機達70余臺，其中絕大部分是低壓永磁直流微電機。汽車、摩托車用起動機電動機，采用鉉鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后，可使起動機電動機的質量減輕一半。幾種新型結構的永磁電機無鐵心鉉鐵硼永磁電機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，質量大大減輕。無鐵心永磁電機采用聚磁型結構和正余弦充磁，所產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，轉矩密度高，振動噪聲顯著降低。應用在汽車方向盤驅動、機器人、電梯及DVD的驅動等許多方面。橫向磁通鉉鐵硼永磁電機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，提高電機的功率密度和轉矩密度，人們不斷探索新的磁路結構歡迎訪問,出現(xiàn)了橫向磁通電機(TransverseFluxMachine)結構思想。這種電機定子齒槽結構和電樞線圈在空間上相互垂直，主磁通沿電機軸向流通，電流和磁負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立，在一定范圍內可以任意選取，提高了功率密度。目前國際上對這種結構電機的研發(fā)剛剛起步，有廣闊的發(fā)展前

35、景。永磁特種電機控制電機和特種電機的種類很多，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，可以容許所制成的電機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構設計上有很大靈活性，可以根據(jù)使用場合，特別是汽車、計算機和航天工程的需要，制成與傳統(tǒng)電機不同的結構形狀和尺寸，例如盤式電機、無槽電機等。這既可以進一步減少電機的質量和轉動慣量，提高電機的反應靈敏度；又可以減少電機轉矩的脈動，增加運行的平穩(wěn)性；還可以簡化電機的結構和工藝。因而在計算機外圍設備、辦公設備和要求精度定位控制的場合得到廣泛應用。計算機磁盤驅動器中用

36、以驅動讀寫磁頭作往復運動的動圈式直線電動機一一音圈電動機需要高性能磁體，以保證足夠的靈敏度，縮小體積和減輕質量。欽鐵硼永磁正好能滿足這一要求。20世紀60年代采用鐵氧體永磁研制的是14in磁盤驅動器用音圈電動機。自采用欽鐵硼永磁后，驅動器尺寸不斷縮小，存取時間明顯減少，存儲容量增加。1984年磁盤驅動器縮小到以5.25in盤為主；進入20世紀90年代，3.5in磁盤驅動器迅速增長，成為主體。今后幾年內2.5in和1.8in磁盤驅動器將大為發(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。此外，在步進電動機、開關磁阻電動、低速同步電動機等特種電機中增加欽鐵硼永磁勵磁后，其技術經(jīng)

37、濟性能、動態(tài)響應特性都有明顯提高與改進。永磁同步電機的應用前景編者按：本文的要講述的話題是永磁同步電機的應用前景，從屬于欄目電機產品-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，直流電動機有優(yōu)良的控制性能,其機械特性和調速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉矩大、效率高、調速方便、動態(tài)特性好等特點。優(yōu)良的控制特性使直流電動機在70年代前的很長時間里，在有調速、控制要求的場合，幾乎成了唯一的選擇。但是，直流電動機的結構復雜,其定子上有激磁繞組產生主磁場，對功率較大的直流電動機常常還裝有換向

38、極，以改善電機的換向性能。直流電機的轉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換成電樞繞組中的交變電流，即進行機械式電流換向。復雜的結構限制了直流電動機體積和重量的進一步減小，尤其是電刷和換向器的滑動接觸造成了機械磨損和火花，使直流電動機的故障多、可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護工作量大。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，會對周圍的電器設備帶來有害的影響。電機的容量越大、轉速越高，問題就越嚴重。所以，普通直流電動機的電刷和換向器限制了直流電動機向高速度、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來拖動工作機械。交流異步電動機具有結

39、構簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護簡便。但是，與直流電動機相比.它調速性能差，起動轉矩小，過載能力和效率低。其旋轉磁場的產生需從電網(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，在不要求調速的場合，例如風機、水泵、普通機床的驅動中，異步電動機占有主導地位,當然這類拖動中，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，其主要原因是同步電動機不能在電網(wǎng)電壓下自行起動，靜止的轉子磁極在旋轉磁場的作用下，平均轉矩為零。人們亦知道變頻電源可解決同步電動機的起動和調速問題，但在70年代以前，變頻電源是可想而不可得的設備。所以，過去的電力拖動中，很少看到用

40、同步電動機作原動機。在大功率范圍內，偶爾也有同步電動機運行的例子，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，科學技術的發(fā)展極大地推動了同步電動機的發(fā)展和應用，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。鋁饃鉆是本世紀三十年代研制成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應強度高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，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中的應用鐵氧體磁體是本世紀五十年代初開發(fā)的永磁材料，其最大的特點是價格低廉，有較高的矯頑力，其

41、不足是剩磁感應強度和磁能積都較低。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強度，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強度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點特別適合在電機中使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點低，容易氧化生銹而需涂復處理。經(jīng)過這幾年的不斷改進提高，這些缺點大多已經(jīng)克服，現(xiàn)鉉鐵硼永磁材料最高的工作溫度已可達180C,-般也可達150C,已足以滿足絕大多數(shù)電機的使用要求。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的開發(fā)應用。在同步電動機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，簡化了結構，消除了轉子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結構，縮小了轉子體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發(fā)熱。當今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結構。2、電力電子技術的發(fā)展大大促進了永磁同步電動機的開發(fā)應用。電力電子技術是信息產業(yè)和傳統(tǒng)產業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。自58年世界上第一個功率半導體開關晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關斷能力的半導體器件（大功率晶體管GTR可關斷晶閘管GTO功率場效應管MOSFET的三代復合場控器件（絕緣柵功率晶體管IGBT、靜電感應式晶體管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。半導體開關器件性能不斷提高，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的控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產品，可將工頻電源轉變?yōu)轭l率連續(xù)可調的變頻電源，這就為交流電機的變頻調速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設定后都有軟起動功能，頻率會以一定速率從零上升設定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調整，這對同步工動機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，高性能電力半導體開關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技術的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制集成電路和計算機技術是電子技術

44、發(fā)展的代表，它不僅是高新電子信息產業(yè)的核心，又是不少傳統(tǒng)產業(yè)的改造基礎。它們的飛速發(fā)展促進了電機控制技術的發(fā)展與創(chuàng)新。70年代人們對交流電機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電樞繞組的三相電流通過坐標變換分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動機來控制，可獲得與直流電動機一樣良好的動態(tài)調速特性。這種控制方法已經(jīng)成熟，并已成功地在交流伺服系統(tǒng)中得到應用。因為這種方法采用了坐標變換，所以對控制器地運算速度、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)了專門用于電機控制的高性能、低價位的DSR集成電路和計算技術的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術起到了重要的推動作用。、永磁同步電動機的運行控制方法永磁同步電動機的運行可分為外同步和自同步二類。用獨立的變頻電源向永磁同步電動機供電，同步電動機轉速嚴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運行。外同步運行常用于開環(huán)控制，由于轉速與頻率的嚴格關系，此運行方式適合在多臺電動機要求嚴格同步運行的場合使用。例如，紡織行業(yè)紗錠驅動，傳送帶銀道驅動等場合。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供電。當然，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、電動機的起動問題。所謂自同步的永磁同步電動機，其定子繞組產生的旋轉磁場位置由永磁轉子的位置所決定，能自動地維持與轉子磁場有900的空間夾角，以產生最大的電機轉矩。旋轉磁場的轉速則嚴格地由永磁轉子的轉速所決定。用此種方式運行的永磁同步電動機除仍需逆變器開關電路外，還需要一個能檢測轉子位置的傳感器，逆變器的開關工作，即永磁同步電動機定子繞組得到的多相電流，完全由轉子位置檢測裝置給出的信號來控制。這種定子旋轉磁場由定子位置來決定的運行方式即自同步的永磁同步電動機運行方式，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運行方式從原理上分析可知.它具有直流電動機的特性.有穩(wěn)定的起動轉矩，可以

47、自行起動，并可類似于直流電動機對電機進行閉環(huán)控制。自同步的永磁同步電動機已成為當今永磁同步電動機應用的主要方式。自同步永磁同步電動機按電機定子繞組中加入的電流形式可分為方波電動機和正弦波電動機二類。方波電動機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工作原理完全相同。不同處在于它用電子開關電路和轉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)了直流電動機的無刷化,同時保持了直流電動機的良好控制特性，故該類方波電動機人們習慣稱為無刷直流電動機。這是當前使用最廣泛的，很有前途的一種自同步永磁同步電動機。正弦波自同步永磁同步電動機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、相位和幅值由轉子的位置信號所決定。轉子位置檢測通常使用光電編碼器，可精確地獲得瞬間轉子位置信息。其控制通常采用單片機或數(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、永磁同步電動機在現(xiàn)代工業(yè)中的應用現(xiàn)代工農業(yè)中的驅動電機常用的有交流異步電動機2有刷直流電動機和永磁同步電動機（包括無刷直流電動機）三大類，它們的綜合特性比較見表2。按照不同的工農業(yè)生產機械的要求，電機驅動又分為定速驅動、調速驅動和精密控制驅動三類。1、定速驅動工農業(yè)生產中有大量的生產機械要求連續(xù)地以大致不變的速

49、度單方向運行，例如風機、泵、壓縮機、普通機床等。對這類機械以往大多采用三相或單相異步電動機來驅動。異步電動機成本較低，結構簡單牢靠，維修方便，很適合該類機械的驅動。但是，異步電動機效率、功率因數(shù)低、損耗大，而該類電機使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費了。其次，工農業(yè)中大量使用的風機、水泵往往亦需要調節(jié)其流量，通常是通過調節(jié)風門、閥來完成的，這其中又浪費了大量的電能。70年代起，人們用變頻器調節(jié)風機、水泵中異步電動機轉速來調節(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，而且異步電動機本身的低效率依然存在。例如，家用空調壓縮機原先都是采用單相異步電動%開關式控制其運行，

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控制上采用了異步電動機的變頻調速，變頻調速的優(yōu)點促進了變頻空調的發(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來替代異步電動機的變頻調速,顯著提高了效率，獲得更好的節(jié)能效果和進一步降低了噪聲，在相同的額定功率和額定轉速下，設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，而且調速方便，價格和異步電動機變頻調速相當。永磁無刷直流電動機在空調中的應用促進了空調劑的升級換代。再如儀器儀表等設備上大量使用的冷卻風扇，以往都采用單相異步電動機外轉子結構的驅動方式，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驅動的無刷風機所取代。現(xiàn)代迅速發(fā)展的各種計算機等信息設備上更是無例外地使用著無刷風機。這些年，使用無刷風機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