李超

摘 要 隨著高性能稀土材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，稀土永磁同步電機(jī)的應(yīng)用和推廣也得到了長足發(fā)展。高效永磁電機(jī)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)等特點(diǎn)，降低了系統(tǒng)成本，從而大大提高了各行業(yè)產(chǎn)品的制造工藝。

【關(guān)鍵詞】稀土 永磁材料 同步電機(jī)

早在五十年代，美國GE公司就研制了一批數(shù)百瓦的永磁同步電動(dòng)機(jī)，德國西門子也研究并推出了各種不同用途、性能良好的永磁同步電動(dòng)機(jī)，七十年代后期就生產(chǎn)出了30千瓦的電機(jī)。隨著新型永磁材料的大量使用，使得轉(zhuǎn)子永磁體的剩余磁密、矯頑力、最大磁能積等性能有了很大的提高，在提高電機(jī)性能的同時(shí)減小了電機(jī)的體積。

1 永磁材料的發(fā)展

永磁材料根據(jù)成分可分為永磁鐵氧體、鋁鎳鈷系合金、鐵鉻鈷系合金、稀土永磁材料。稀土永磁又可分為鈷永磁材料與釹鐵硼永磁材料。鈷永磁材料的磁能積可達(dá)碳鋼永磁的150多倍、鋁鎳鈷永磁材料的3--5倍 ，永磁鐵氧體的8～10倍， 更具有溫度系數(shù)低、磁性穩(wěn)定、矯頑力高達(dá)的優(yōu)點(diǎn)。釹鐵硼永磁材料為第三代稀土永磁材料，其剩磁、矯頑力和最大磁能積比鈷永磁材料高，不易碎，有較好的機(jī)械性能，合金密度低，有利于磁性元件的輕型化、薄型化、小型和超小型化。

2 永磁電機(jī)的磁路分析

2.1 永磁最佳工作點(diǎn)分析

如圖1。

永磁體提供的磁能：

W=ΦDFD=BAmHhMP=（BH）Vm。

永磁體體積：Vm= 。

最大磁能工作點(diǎn)：A點(diǎn)在回復(fù)線中點(diǎn)：

最大磁能積：BrHc/2。

2.2 平行充磁和徑向充磁的模擬

如圖2。

平行充磁AB、CD段：Jsr=Jscos 。

平行充磁弧AD、BC段：Jsc=Jssinθ。

徑向充磁AB、CD段：Jsr=Jr。

2.3 氣隙磁密分布

如圖3。

各段徑向磁密：Brk= 。

節(jié)點(diǎn)處徑向磁密：Bk=

3 永磁電機(jī)的拖動(dòng)控制特性

永磁同步電動(dòng)機(jī)由于應(yīng)用了高磁能積的永磁材料，其電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程將比異步電動(dòng)機(jī)具有不定的特性，該電動(dòng)機(jī)一般也制成與異步電動(dòng)機(jī)相似的電動(dòng)機(jī)，即電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子、高磁能的永磁材料。電機(jī)在起動(dòng)過程中，其起動(dòng)電流將比用鐵氧體永磁同步電動(dòng)機(jī)大，比異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)更大。原因是在起動(dòng)過程中永磁體將發(fā)出電機(jī)的能量，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，不但消耗異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)的能量（產(chǎn)生空載起動(dòng)電流），還將克服發(fā)電機(jī)的能量，因此它的起動(dòng)電流是很大的。

永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，其磁場的分布是比較復(fù)雜的，在不同頻段下，可能產(chǎn)生不同的高次波，如果此高次波與異步電動(dòng)啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的高次波疊加，在此情況下，反映在電流的大小上，其電流值一般將大于額定電流值，這種大電流往往就影響變頻電源的最大工作電流的選擇。

4 永磁電機(jī)的優(yōu)勢

永磁同步電機(jī)的外特性效率曲線相比異步電機(jī)，在輕載時(shí)效率值要高很多。因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，很少情況是在滿功率運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行的電機(jī)90%以上是工作在額定功率的70%以下，電機(jī)通常工作在輕載區(qū)。對(duì)異步電機(jī)來講，其在輕載時(shí)效率很低，而永磁同步電機(jī)在輕載區(qū)，仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機(jī)20%以上。

同時(shí)，永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高低不受電機(jī)極數(shù)的限制，在電機(jī)配套系統(tǒng)允許的情況下，可以將電機(jī)的極數(shù)設(shè)計(jì)的更高，相應(yīng)電機(jī)的體積可以做得更小，電機(jī)的直接材料成本更低。

5 結(jié)束語

永磁同步電機(jī)是眾多高新技術(shù)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，它與電子技術(shù)和微電子控制技術(shù)相結(jié)合，可以制造出許多新型的、性能優(yōu)異的機(jī)電一體化產(chǎn)品和裝備。近幾年隨著設(shè)備裝備的不斷提高，對(duì)永磁電機(jī)控制精度也在不斷提升，電機(jī)生產(chǎn)廠家隨之與變頻器廠家不斷努力深化合作，正向著著提供機(jī)電一體化解決方案的服務(wù)商方向邁進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王秀和.永磁電機(jī)[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

作者單位

山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 山東省臨沂市 276000