永磁同步電機的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景分析

董笑言 王楚瑤 霍宇航

摘?要：目前，由于稀土永磁材料以及電子技術(shù)、控制技術(shù)的高速發(fā)展，永磁同步電機以其效率較高、質(zhì)量較輕、體積較小、能耗消耗較低等諸多優(yōu)勢逐漸進入了工業(yè)的發(fā)展和大眾的生活中，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面實現(xiàn)了很大程度的應(yīng)用的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：稀土永磁材料;永磁同步電機;永磁同步電機控制技術(shù)

1 引 言

20世紀(jì)70年代稀土永磁材料的出現(xiàn)和發(fā)展給予了永磁同步電機一個新的發(fā)展機遇，由于稀土永磁材料可以產(chǎn)生永久磁場的特點以及其勵磁性能卓越的特點，目前我國永磁同步電機都是在永磁材料的良好性能上實現(xiàn)進一步發(fā)展和應(yīng)用的。根據(jù)對比，永磁同步電機因結(jié)構(gòu)簡單、功能特性良好，應(yīng)用范圍廣泛等特點深受工業(yè)生產(chǎn)、大眾生活的青睞。

2 永磁同步電機的組成結(jié)構(gòu)

永磁同步電機主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機的最大的特點是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)非常非常的相似，主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)與其它電機形成了差別。和常用的異步電機的最大不同則是轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。

3 永磁同步電機的工作原理

永磁同步電機要建立主磁場，勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場;然后采用三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體;在原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況下，極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組通過引出線，即可提供交流電源。由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。即當(dāng)定子繞組中通入由三相逆變器經(jīng)脈沖調(diào)制的共相交流電源后，繞組內(nèi)產(chǎn)生個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體間發(fā)生相互作用，使轉(zhuǎn)子繞電機軸旋轉(zhuǎn)。其電機轉(zhuǎn)速為n=60f/p，f為電流頻率，P為極對數(shù)。（如圖3.1所示）

4 永磁同步電機的數(shù)學(xué)特性

先對永磁同步電機的轉(zhuǎn)速進行研究，在分析定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢間的轉(zhuǎn)速關(guān)系時，假定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為nr/min，所以轉(zhuǎn)子的磁動勢相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也為nr/min，所以定子的電流相應(yīng)的頻率是f=pn/60，因為定子旋轉(zhuǎn)的磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度是由定子上的電流產(chǎn)生的，所以應(yīng)為：

可以看出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和永磁同步電機定子的磁動勢的轉(zhuǎn)速是一樣的。

對永磁同步電機來講，我們可以利用電動機的慣性直接列些其電動勢平衡方程。

對永磁同步電機的的功率來說，我們可以根據(jù)其發(fā)電機的慣性可以列寫永磁同步電機的電磁功率。

對永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩來說，我們設(shè)定在恒定的轉(zhuǎn)速情況下，永磁同步電機的轉(zhuǎn)速和功率是成正比關(guān)系的，因此我們可以得到以下公式。

5 永磁同步電機的發(fā)展現(xiàn)狀

5.1高性能稀土永磁材料的發(fā)展和應(yīng)用

經(jīng)過多年的科學(xué)發(fā)展，我國對稀土永磁材料的了解和掌握日益成熟，目前，以釹鐵硼為代表的永磁材料引起卓越的永磁特性和功能兼容性成為了目前應(yīng)用最為廣泛的永磁材料，也成為了制造永磁同步電機的重要原料。

5.2國內(nèi)外永磁同步電機的發(fā)展情況

隨著微型計算機技術(shù)及自動控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動機在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在由于社會的進步，人們對永磁同步電機的要求更加苛刻，促使永磁電動機向著擁有更大的調(diào)速范圍和更高的精度控制發(fā)展。

5.3各同步電動機性能對比

目前，各國對提高電機驅(qū)動技術(shù)性能不斷進行著創(chuàng)新和發(fā)展，最優(yōu)越的功能特性，最穩(wěn)妥的控制辦法是實現(xiàn)同步電機良好工作的保證，在轉(zhuǎn)速啟動以及靜止加速的情況下，做到輸出加大轉(zhuǎn)速同時恒功率調(diào)速控制是目前的關(guān)鍵技術(shù)。

永磁同步電機有很好的可靠性和牢固性，同時最大效率較其余兩種高，調(diào)速范圍寬。將相應(yīng)的控制方式與永磁同步電機進行結(jié)合之后，整個電機可以實現(xiàn)很好的工作性能。

6 永磁同步電機的主要應(yīng)用

6.1永磁同步電機在空調(diào)壓縮機的應(yīng)用

根據(jù)文獻及資料了解，我們平常家里的空調(diào)使用的壓縮機原來是由單向異步電機、開關(guān)式控制其工作，缺陷在于噪聲和很大的溫度差異變化。在90年代初期，日本首先利用永磁無刷電動機代替異步電機進行變頻調(diào)速，很大程度的提高了工作效率，完善了其工作特性，在節(jié)能環(huán)保，降低能量消耗，降低噪聲等方面達(dá)到了很高的技術(shù)水平。

6.2永磁同步電機在電梯設(shè)備的應(yīng)用

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)，適合在無機房電梯中使用。

7 永磁同步電機的應(yīng)用前景

目前工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及大眾生活中，保護環(huán)境、提高效率成為了目前社會的主要發(fā)展趨勢，這就更需要電機系統(tǒng)在辦公設(shè)備、簡易數(shù)字機床、計算機外圍設(shè)備、家用電器等性能要求較高的領(lǐng)域不斷創(chuàng)新技術(shù)，大力提高能源利用率，同時在航空航天需要的全數(shù)字化、智能化設(shè)備上以及特種加工裝備等方面需要永磁同步電機創(chuàng)新發(fā)展，引領(lǐng)潮流。

8 結(jié)?論

隨著微型計算機技術(shù)及自動控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動機在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在由于社會的進步，人們對永磁同步電機的要求更加苛刻，促使永磁電動機向著擁有更大的調(diào)速范圍和更高的精度控制發(fā)展。由于現(xiàn)在生產(chǎn)工藝的提高，具有高性能的永磁材料得到進一步的發(fā)展。這使其成本大大降低，逐漸被應(yīng)用于生活的各個領(lǐng)域。

參考文獻

[1]?王瑩，唐任遠(yuǎn)，曹先慶，等.內(nèi)置式永磁同步電動機弱磁控制實驗研究[J] .微電機，2008，41（11）：1-4.

[2]?徐衍亮.電動汽車用永磁同步電動機功率特性及弱磁擴速能力研究[J] .山東大學(xué)學(xué)報，2002，32（5）：31-37.

[3]?劉立軍，張映明，康基宏.自啟動永磁同步電動機研究開發(fā)與分析[J] . 電氣技術(shù)，2010，11：017.

[4]?王鑫，李偉力，程樹康.永磁同步電動機發(fā)展展望（J）.微電機2007，40（5）.

[5]?林河成.稀：土永磁材料的生產(chǎn)應(yīng)用及市場（J]）.四川有色金屬.2010（10）.

作者簡介：董笑言，男，2001.06.01，漢，河北省?唐山市，本科，電子科學(xué)與技術(shù);

王楚瑤，女，2001.12.10，漢，遼寧省鞍山市，本科，電氣工程及其自動化;

霍宇航，男，1999.10.22，漢，河北省保定市，本科，電氣工程及其自動化。