同步永磁發(fā)電機現(xiàn)狀

同步永磁發(fā)電機現(xiàn)狀早期對永磁同步電機的研究主要為固定頻率供電的永磁同步電機運行特性的研究，特別是穩(wěn)態(tài)特性和直接起動性能的研究。永磁同步電動機的直接起動是依靠阻尼繞組提供的異步轉矩將電機加速到接近同步轉速，然后由磁阻轉矩和同步轉矩將電機牽入同步°V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人在這方面做了大量的研究工作。上個世紀八十年代國外開始對逆變器供電的永磁同步電動機進行深入的研究。逆變器供電的永磁同步電機與直接起動的永磁同步電機的結構基本相同，但在大多數(shù)情況下無阻尼繞組。阻尼繞組有以下特點：第一，阻尼繞組產(chǎn)生熱量，使永磁材料溫度上升；第二，阻尼繞組增大轉動慣量、使電機力矩慣量比下降；第三，阻尼繞組的齒槽使電機脈動力矩增大。在逆變器供電情況下，永磁同步電機的原有特性將會受到影響，其穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性與恒定頻率下的永磁同步電機相比有不同的特點。1980年后發(fā)表了大量的論文研究永磁同步電機的數(shù)學模型、穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性。A.V.Gumaste等研究了電壓型逆變器供電的永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)特性及電流型逆變器供電的永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)特性。隨著對永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，需要設計出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機，G.R.Slemon等人針對調(diào)速系統(tǒng)快速動態(tài)性能和高效率的要求，提出了現(xiàn)代永磁同步電機的設計方法。隨著微型計算機技術的發(fā)展，永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)的全數(shù)字控制也取得了很大的發(fā)展。D.Naunin等研制了一種永磁同步電動機適量控制系統(tǒng)，采用了十六位單片機8097作為控制計算機，實現(xiàn)了高精度、高動態(tài)響應的全數(shù)字控制。八十年代末，九十年代初B.K.Bose等發(fā)表了大量關于永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字控制的論文。永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)轉速控制器大多采用比例積分（PI）控制。PI控制器具有結構簡單，性能良好，對被控制對象參數(shù)變化不敏感等優(yōu)點。1991年，R.B.Sepe首次在轉速控制器中采用自校正控制。早期自適應控制主要應用于直流電機調(diào)束系統(tǒng)。國立臺灣大學劉天華等首次將魯棒控制理論應用于永磁同步電動機伺服驅動。電機在運行過程中，模型和參數(shù)是不斷變化的，參數(shù)和模型的變化將引起控制系統(tǒng)性能的降低?，F(xiàn)代控制理論中的各種魯棒控制技術能夠使控制系統(tǒng)在模型和參數(shù)變化時保護良好的控制性能。因此，將各種魯棒控制技術運用于電機調(diào)速領域，可以大大提高調(diào)速系統(tǒng)的性能。在這方面，運用的較為成功的控制技術主要有：自適應控制、變結構控制、參數(shù)辨識技術等。自適應控制技術能夠發(fā)送控制對象和運行條件發(fā)生變化時控制系統(tǒng)的性能，N.Matsui，J.H.Lang等人將自適應控制技術應用于永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)。仿真和實驗結果表明，自適應控制技術能夠使調(diào)速系統(tǒng)在電機參數(shù)發(fā)生變化時保持良好的性能?；Ｗ兘Y構控制由于其特殊的''切換”控制方式與電機調(diào)速系統(tǒng)中逆變器的''開關”模式相似，并且具有良好的魯棒控制特性，因此，在電機控制領域有廣闊的應用前景。通過對電機參數(shù)變化進行在線辨識，并運用辨識的參數(shù)對調(diào)速系統(tǒng)進行控制，也能夠提高控制系統(tǒng)的魯棒性。隨著人工智能技術的發(fā)展，智能控制巳成為現(xiàn)代控制領域中的一個重要分支，電氣傳動控制系統(tǒng)中運用智能控制技術也巳成為目前電氣傳動控制的主要發(fā)展方向，并且將帶來電氣傳動技術的新紀元。目前，實現(xiàn)智能控制的有效途徑有三條：基于人工智能的專家系統(tǒng)(Expertsystem)；基于模糊集合理論(FuzzyLogic)的模糊控制；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ArtificialNeuraNetwork)的神經(jīng)控制。B.K.Bose等人從八十年代后期一直致力于人工智能技術在電氣傳動領域的應用，并取得了可喜的研究成果。Previous:科技部對稀土資源利用國家重點實驗室進行驗收Next:錯釹上漲迅速，釹鐵硼企業(yè)表示不能理解Keyword：永磁同步電機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[Source:中國稀土][Author：admin][Date：10-01-25][Hit：Q]同步永磁發(fā)電機的原理1磁路結構和設計計算永磁發(fā)電機與勵磁發(fā)電機的最大區(qū)別在于它的勵磁磁場是由永磁體產(chǎn)生的。永磁體在電機中既是磁源，又是磁路的組成部分。永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關，還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關，具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。此外，永磁發(fā)電機的磁路結構多種多樣，漏磁路十分復雜而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較容易飽和，磁導是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機電磁計算的復雜性，使計算結果的準確度低于電勵磁發(fā)電機。因此，必須建立新的設計概念，重新分析和改進磁路結構和控制系統(tǒng)；必須應用現(xiàn)代設計方法，研究新的分析計算方法，以提高設計計算的準確度；必須研究采用先進的測試方法和制造工藝。1.2控制問題永磁發(fā)電機制成后不需外界能量即可維持其磁場，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機的應用范圍受到了限制。但是，隨著MOSFET、IGBTT等電力電子器件的控制技術的迅猛發(fā)展，永磁發(fā)電機在應用中無需磁場控制而只進行電機輸出控制。設計時需要釹鐵硼材料，電力電子器件和微機控制三項新技術結合起來，使永磁發(fā)電機在嶄新的工況下運行。1.3不可逆退磁問題如果設計和使用不當，永磁發(fā)電機在溫度過高（釹鐵硼永磁）或過低（鐵氧體永磁）時，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應作用下，或在劇烈的機械振動時有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機性能降低，甚至無法使用。因而，既要研究開發(fā)適合于電機制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結構形式的抗去磁能力，以便在設計和制造時采用相應措施保證永磁式發(fā)電機不會失磁。1.4成本問題由于稀土永磁材料目前的價格還比較貴，稀土永磁發(fā)電機的成本一般比電勵磁式發(fā)電機高，但這個成會在電機高性能和運行中得到較好的補償。在今后的設計中會根據(jù)具體使用的場合和要求，進行性能、價格的比較，并進行結構的創(chuàng)新和設計的優(yōu)化，以降低制造成本。無可否認，現(xiàn)正在開發(fā)的產(chǎn)品成本價格比目前通用的發(fā)電機略高，但是我們相信，隨著產(chǎn)品更進一步的完美，成本問題會得到很好的解決。美國DELPHI（德爾福）公司的技術部負責人認為：“顧客注重的是每公里瓦特上的成本?！彼倪@一說法充分說明了交流永磁發(fā)電機的市場前景不會被成本問題困擾。1.5永磁轉子特點：結構1:并聯(lián)磁場結構；轉采用采用鑄造壓制而成，里面嵌放永磁體，能量大、重量輕、體積小、整體結構牢固可靠，最大工作轉速大于15000轉/分。專利號；ZL96247776.1結構2：串聯(lián)磁場式結構；轉子采用鋼結構，表面按順序嵌放永磁鐵，轉子表面磁通強、重量輕、體積小、整體結構牢固可靠，最大工作轉速大于15000轉/分。專利號：ZL98233864.3整機穩(wěn)壓系統(tǒng)特點：采用可控硅和二極管組成半控橋式整流電路。穩(wěn)壓系統(tǒng)是一種斬波調(diào)制型穩(wěn)壓裝置，其穩(wěn)壓精度為正負0.1v，故該發(fā)電機具有能瞬間承受較大電流、運行可靠和耐用等特點，又因可直接利用發(fā)電機發(fā)出的交流電的反向電壓使可控硅自行關斷，故無需加關斷電路，使電路結構簡單、可靠。2、永磁發(fā)電機的優(yōu)點2.1結構簡單、可靠性高永磁式發(fā)電機省去了勵磁式發(fā)電機的勵磁繞組、碳刷、滑環(huán)結構，整機結構簡單，避免了勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)結構，整機結構簡單，避免了勵磁式發(fā)電機勵磁式發(fā)電機勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)易磨損等故障，可靠性大為提高。2.2體積小、重量輕、比功率大永磁轉子結構的采用，使得發(fā)電機內(nèi)部結構設計排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉子結構的簡化，還使得轉子轉動慣量減少，實用轉速增加，比功率（即功率、體積之比例）達到一個很高的值。2.3中、低速發(fā)電性能好功率等級相同的情況下，怠速時，永磁式發(fā)電機要比勵磁式發(fā)電機的輸出功率高一倍，也就是說，永磁式發(fā)電機的實際等功率等級的勵磁式發(fā)電機。2.4能顯著地延長蓄電池壽命，減少蓄電池維護工作主要原因是永磁式發(fā)電機采用的是開關式的整流穩(wěn)壓方式，穩(wěn)壓精度高，充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發(fā)電機的開頭式整流輸出對蓄電池采用小電流脈沖充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長蓄電池的使用壽命。2.5效率高永磁式發(fā)電機是一種節(jié)能產(chǎn)品。永磁轉子結構免去了產(chǎn)生轉子磁場所需的勵磁功率和碳刷、滑環(huán)之間磨擦的機械損耗，使得永磁式發(fā)電機效率大為提高。普通勵磁式發(fā)電機在1500轉/分至6000轉/分之間的轉速范圍內(nèi)平均效率只有45%至55%，而永磁式發(fā)電機則可高達75%至80%。2.6采用自啟動式穩(wěn)壓器無需外加勵磁電源。發(fā)電機只要一旋轉就能發(fā)電。當蓄電池損壞時，只要發(fā)動機處于運行狀態(tài)，汽車充電系統(tǒng)仍可工常工作。如汽車沒有蓄電池，只要搖轉手把或溜車，也可實現(xiàn)點火運行。2.7特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環(huán)境下工作2.8無無線電干擾永磁發(fā)電機無碳刷、無滑環(huán)的結構，消除了碳刷與滑環(huán)磨擦產(chǎn)生的無線電干擾；消除了電火花，特別適合于爆炸性危險程度較大的環(huán)境下工作，也降低了發(fā)電機對環(huán)境溫度的要求。3、結構特性對比3.1永磁式發(fā)電機：永磁式發(fā)電機結構簡單，轉子磁場大，無勵磁繞組，無碳刷，無滑環(huán)，氣隙大，無觸點，整機唯一磨損部位是軸承。提高了產(chǎn)品可靠性，不用外接調(diào)節(jié)器，導磁體材料間距采用優(yōu)化設計，減少了漏磁，使發(fā)電機怠速性能好，出電路足。勵磁式發(fā)電機：勵磁式發(fā)電機，怠速發(fā)電性能差，電瓶容易放完電；發(fā)電機轉速在1500-6000轉/分區(qū)間效率只有40%-50%，效率低，因轉子存在勵磁線圈，整機溫升高；勵磁式發(fā)電機還極易出現(xiàn)碳刷、滑環(huán)損壞等問題。3.2性能對比(以28V、36A、1000W發(fā)電機為例)發(fā)電機型式電流(A)滿載轉速(r/min)平均效率(1500-6000r/min)調(diào)節(jié)電壓(V)負載特性(V)轉速特性(V)勵磁式935000.4528±0.3|AU|<0.8|AU|<0.5永磁式1828000.828±0.2|AU|<0.3|AU|<0.23.3體積溫升對比發(fā)電機型式外徑(mm)長度(mm)溫升(K)重量(kg)勵磁式0142180756.5永磁式0128165504從以上性能、結構、體積等對比情況分析，永磁式比勵磁式發(fā)電機結構簡單、體積小、重量輕、性能優(yōu)越，低速時發(fā)電充足。JFYJ永磁發(fā)電機(3000W)和普通勵磁發(fā)電機(3000W)的體積重比較表類型外徑(mm)長度(mm)重量(kg)永磁式017126512勵磁式0200310244、稀土釹鐵硼之魅力“稀土之冠”8釹鐵硼，一種獨特的稀有物質，由于它有著強大的載磁功能