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永磁同步电念头的优劣

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永磁同步电机的运转原理与电励磁同步电机相反,但它以永磁体提供的磁通取代后者的励磁绕组励磁,使电机布局更为复杂。比年来,永磁质料功能的改进以及电力电子技能的前进,推进了新原理、新布局永磁同步电机的开辟,无力地促进了电机产品技能、种类及功效的开展,某些永磁同步电机已构成系列化产品,其容量从小到大,现在已到达兆瓦级,使用范畴越来越广;其位置越来越紧张,参军工到民用,从特别到一样平常敏捷扩展,不但在微特电机中占上风,并且在电力推进体系中也表现出了壮大的生命力。

1、特点

永磁同步电机接纳永磁体励磁具有电励磁电机无与伦比[wú yǔ lún bǐ]的好处。

1)服从高:在转子上嵌入永磁质料后,在正常事情时转子与定子磁场同步运转,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞消耗,进步了电机服从。

2)功率因数高:永磁同步电机转子中无感到电流励磁,定子绕组出现阻性负载,电机的功率因数近于1,减小了定子电流进步了电机的服从。同时功率因数的进步,进步了电网品格因数,减小了输变电线路的消耗,输变电容量也可低落,节流了电网投资。

3)起动转矩大:在必要大起动转矩的设置装备摆设(如油田抽油电机)中,可以用较小容量的永磁电机替换较大容量的Y系列电机。假如37kw永磁同步电机取代45kW的Y系列电机,较好地办理了“大马拉小车”的征象,节流了设置装备摆设投入用度,进步了体系的运转效能。

4)力能目标好:Y系列电机在60%的负荷下事情时,服从降落15%,功率因数降落30%,力能目标降落40%;而永磁同步电机的服从和功率因数降落甚微,当电机只要20%负荷时,其力能目标仍为满负荷的80%以上。

5)温升低:转子绕组中不存在电阻消耗,定子绕组中简直不存在无功电流,因此电机温升低。

6)体积小,分量轻,耗材少:同容量的永磁同步电机体积、分量、所用质料可以减小30%左右。

7)可大气隙化,便于组成新型磁路。

8)电枢反响小,抗过载才能强。

2、开展近况

永磁同步电机的开展和永磁质料的开展毫不相关[háo bú xiàng guān]。新型永磁质料的呈现大大促进了永磁同步电机的开展。二十世纪八十年月钓铁硼稀土永磁质料问世,由于钓资源丰厚,以便宜的铁代替昂贵的钴,代价绝对昂贵。牧铁硼稀土永磁质料磁功能好,极大地推进了永磁同步电机的开辟。

2.1开展效果

我国非常器重铰铁硼永磁电机的研讨开辟,并参加了国度“863”攻关方案。颠末多年的研讨开辟,获得了丰富效果,开辟了5品种型22个典范规格的高功能永磁同步电机样机。

1)3种典范规格的高效、高起动转矩永磁同步电念头样机,乐成地办理了起动转矩高、节能结果好、低温不退磁和本钱公道这4项相互制约的抵牾。表1给出了我国开辟的用于油田抽油机的37kW稀土永磁同步电机与感到电念头的功能比力。表2给出了我国早先开辟的用于风机、泵类作业中功率为1120kW的稀土永磁同步电念头与感到电念头和电励磁同步电念头的功能比拟。

2)化纤机器用高效高牵入同步妆铁硼永磁同步电念头(6个规格)。与现有电机相比,所开辟电机的功率因数、服从和Z大转矩倍数都有差别水平的进步,失步转矩是原有的3.59倍,牵转矩进步了3倍。

3)机床主轴用7.5kW高恒功率调速比铰铁硼永磁同步电念头和驱动体系。开辟的永磁同步电念头调速体系的调速范畴为0.4r/rain~9000r/min(国际同规格的主轴感到电念头的调速范畴仅为8000r/rein),恒功率调速比到达1:6。

4)电动汽车用永磁同步电念头和驱动体系。开辟的7.5kW细微型电动客车用永磁同步电念头体系,电机分量为45kg,额外转速为3000r/min,Z高转速5500r/min。样机体系全体额外服从达89.1%,1h继续转矩密度为0.74N

m/kg(日本AISIMAW样机1h继续转矩密度为0.78Nmkg)(油冷),15min继续转矩密度为1.178Nm/kg。

5)高起动才能牧铁硼永磁起念头电机(4个规格样机)。所开辟的电机把原来永磁磁极的一局部换为便宜的软铁帮助磁极,节流牧铁硼永磁质料约30%

2.2存在题目

在开辟高功能永磁同步电机历程中,获得上述效果的同时,也失掉了一些题目,有待于更深化地研讨和探究。

1)不行逆退磁题目。假如设计或利用不妥,永磁同步电机在过高(钱铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)温度时,在打击电流发生的电枢反响作用下,或在猛烈的机器振动时有大概发生不行逆退磁,或叫失磁,使电机功能降落,乃至无法利用。

因而,既要研讨开辟实用于电机制造厂利用的反省永磁质料热波动性的办法和安装,又要剖析种种差别布局型式的抗去磁才能,以便设计和制造时,接纳响应步伐包管永磁同步电机不失磁。

2)本钱题目。铁氧体永磁同步电机由于布局工艺复杂、质量加重,总本钱一样平常比电励磁电机低,因此失掉了普遍使用。由于稀土永磁现在的代价还比力贵,稀土永磁电机的本钱一样平常比电励磁电机高.这必要用它的高功能和运转用度的节流来赔偿。在设计时既必要依据详细利用场所和要求举行功能代价的比力后弃取,又要举行布局工艺的创新和设计优化,以低落本钱。

3)控制题目。永磁同步电机不需外界能量即可维持其磁场,但这也形成从内部调治、控制其磁场极为难。但随着M05「ET、IGB丁等电力电子器件和控制技能的开展,大少数永磁同步电机在使用中r可以不举行磁场控制而只举行电枢控制.设计时需把永磁质料、电力电子器件和微机控制三项新技能联合起来,使永磁同步电机在极新的工况下运转。别的,以永磁同步电机作为实行元件的永磁交换伺服体系,由于永磁同步电机自己是具有肯定非线性、强藕合性和时变性的体系,同时其伺服池象也存在较强的不确定性和非线性,加之体系运转时易遭到差别水平的搅扰,因而接纳先辈控制战略、先辈的控制体系完成方法(如基于0Sp控制),从全体上进步体系的智能化和数字化程度,这应是以后开展高功能永磁同步电机伺服体系的一个次要打破口。

3、开展趋向永磁同步电机以其服从高、比功率大、布局复杂、节能结果明显等一系列好处在产业消费和一样平常生存中渐渐失掉普遍使用。尤其是比年来高耐热胜、高磁功能铰铁硼永磁体的乐成开辟以及电力电子元件的进一步开展和改良,稀土永磁同步电机的研讨开辟在国际外又进人了一个新的时期,在实际研讨和使用范畴都将发生质的奔腾,现在正向超高速、高转矩、大功率、微型化、高功效化偏向开展。

3.1超高速电机永磁同步电机不必要励磁绕组,布局比力复杂,磁场局部没有热源,不必要冷却安装,质料的矫顽力高,气隙长度可以取较大值从而使大幅度进步转速成为大概。现在已制成(2~3)X10r/rain的电机,如美国通用电气公司研制的150kw、23000r/min的径向气隙型转子布局航空用稀土永磁发电机,外转子型用于电动车的7.2kw、2700Or/rain的电机。现在正在研制每分钟几十万转的电机。

3.2高转矩大功率电机

耐热、高磁功能较铁硼永磁质料的开辟乐成将使其在大功率永磁同步电机中取得紧张使用。运输业和产业中诸如电动汽车、混淆型(内燃机与电念头并用)动力汽车、列车、电梯、机床、呆板人等,对大功率电念头的需求正在增加。

船舶推进电秘密求低速大转矩。德国西门子公司于1986年研制1095kW、230r/rain的六相永磁同步电念头,用于舰船的推进,与已往利用的直流电念头相比,体积可减小60%左右,消耗可低落20%左右。别的1760kW永磁同步推进电机装于U.212潜艇试用,其长度和无效体积与传统的直流推进电机相比增加40%。瑞士ABB公司曾经制作了凌驾300艘的电力推进船舶Z大安置容量到达了2X19MW,其研制的400kW至旧MW永磁同步电机用于:"Com-paetA~ipod"吊舱式电力推进体系。法国热蒙产业公司1987年研制的400kW、500r/rain永磁电机样机与直流电机相比,体积也增加了40%。1996年,12相、1800kWₛ180r/rain永磁推进电机及控制安装已完成研制及一切的实船实验。同年,英国展出了"海航"号轻型隐身保护舰设计模子。该舰装有两台21MW永磁同步电机在巡航或隐身时间接驱动螺旋桨。

3.3微型化

由于钺铁硼永磁的Z大磁能积很高,分外是能制成超薄型的永磁体,从而使已往难以制造的超微型和低惯量电念头得以完成,现在已开辟出直径几毫米以下的超小型电念头用作医疗微型呆板、眼球手术用呆板人手臂或管道反省用呆板人等场所的驱动源。现已制成外径0.8mm、长1.2mIn的天下上Z小的永磁电念头。

3.4高功效化

在低温、高真空度或空间狭窄等特别场所难以利用传统电机,而稀土永磁电机可以耐低温(指彩钻或高耐热性钱铁硼磁体),且体积小,恰好能满意这些特别要求。宇航设置装备摆设中的机器手、原子能设置装备摆设的反省呆板人和主导体制造安装等特别情况下事情的电念头,必要利用低温电念头和高真空电念头。已开辟的有150W、3000r/min,事情在200oC~300oC低温和133.3X10Pa真空度情况下的三相四极永磁电念头,直径105mm、长145mm,接纳低温特征好的Sm2Co永磁体。

4、结语

21世纪,迷信技能飞速开展,高新技能不停涌现,节电、环保认识日益加强,使得永磁同步电机开展的出路一片灼烁,尤其是高功能稀土永磁同步电机及其伺服体系,随其技能的疾速开展和日渐成熟,布局型式将日趋多样化,也将会博得更为普遍的开展空间,取得愈加普遍的使用。