永磁电机 广东YXTX系三相稀土永磁同步电动机

同步电机之关于稀土永磁电机
一般所说的稀土永磁电机都是指*三代稀土永磁电机，因为这种永磁材料性能优异，价格相对便宜，因此比代或*二代稀土永磁材料更有前景。钦铁硼永磁电机，作为代的永磁电机具有很大的发展潜力，电机界的认为，钱铁硼的发展方向一方面是逐渐取代其他永磁材料的永磁电机，另一方面是取代一部分电励磁电机。近年来由于电机界研究者的工作，已经取得了很大的成绩。
l）永磁同步发电机永磁同步发电机不需要励磁绕组及直流励磁电源，这样就取消了容易出问题的集电环和电刷装置，使之成为无刷发电机，因而发电机结构简单、运行可靠。采用钦铁硼永磁材料后，电机的气隙磁感应强度可以，这样使电机体积缩小、重量减轻。对于航空、**和其他高可靠性和高性价比的场合具有重要意义，所以航空**部门中正努力进行这方面的研究。
另外，在风力发电、地热发电及小型水利发电机、小型内燃发电机组等方面也在进行深人研究和推广。稀土永磁发电机，作为大型汽轮或水轮发电机组的励磁机，我国早在20世纪80年代便研制成功了40一160kVA稀土永磁发电机，这种电机的研制成功大大提高了电站运行的可靠性。
2）永磁同步电动机永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流，可以提高电动机的功率因数，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，从而使其效率比同规格的感应电动机有所提高。而且永磁同步电动机在25 % -120％额定负载范围内均可保持较率和功率因数，从而使电动机在运行时，特别是轻载运行时有着显著的节能效果。当然这种电机不具备自起动能力，但是电机工作者在该电动机上加装了起动绕组，使之能够直接起动，人们把这种电动机称之为具有异步起动能力的同步电动机。在我国，沈阳工业大学与闽东电机厂研制的800W纺织永磁同步电动机效率高达91 %，功率因数为0 . 95 ,节能率可达10％。
3）稀土永磁无刷电动机随着电力电子技术的迅猛发展和元器件价格降低，人们已经和正在研制各种不同变频供电电源的永磁同步电动机，加上转子位置闭环控制系统而构成自同步的永磁电动机，这种电动机一般称为无刷直流电动机。这种电动机既具有电励磁直流电动机的优异调速特性，又实现了无刷结构，这在要求高控制精度和高可靠性场合，如航空**、数控机床、加工中心、机器人、计算机外部设备、家用电器等方面获得广泛的应用。这其中反电动势波形和供电波形都是矩形波的电动机称为无刷直流电动机；反电动势波形及供电波形都是正弦波的电动机称同步电动机，在这里我们统称为永磁无刷直流电动机。在家用电器中，如空调、电冰箱、洗衣机、吸尘器、风扇等既是耗电大件，又是噪声来源。如果用无刷电动机逐步取代有刷电动机，不但为人们节约能源，而且又使生活条件得到改善。由于稀土永磁材料具有高剩余磁感应强度、高矫顽力和高磁能积的特点，它可以研制成具有较大气隙长度和较高气隙磁感应强度的电机，根据需要，可以制成无齿槽的盘式电动机、无槽电机、无铁心电机等无刷直流电机，这些电机由于无齿槽结构，既可以减少电机的重量和转动惯量，提高电机响应灵敏度，又可以减少电机中电磁谐波成分，减少电机脉动转矩，增加运行的平稳性，同时简化制造工艺，因而在高控制场合，如计算机外部设备、办公设备等中得到了广泛的应用。总之，由于高性能的稀土永磁材料的出现给永磁电机性能更优化、结构更简化及大型化提供了必要条件，使电机向更高层次发展。

永磁同步电机之关于小功率永磁电机的发展前景
在小功率电机及微型控制电机中，永磁电机占有相当大的比例，对于这些电机的前景，现根据永磁材料的类别将永磁电机分为三类加以叙述。
1．铝镍钻永磁电机
铝镍钻永磁电机是一种兴起较早的永磁电机，铝镍钻永磁体具有较高剩余磁感应强度、温度系数小、居里温度高、热稳定性强、抗氧化能力和抗腐蚀能力及加工性均好，所以自20世纪30年代诞生以来，在军事工程所用精密电机中一直占有重要地位，例如在永磁同步电动机、直流伺服电动机、直流力矩电动机、直流测速发电机、低速同步电动机、永磁感应式步进电动机等。铝镍钻材料虽然有很多优点，但是也存在一系列缺点，如矫顽力低，退磁曲线呈非线性，抗退磁能力差，进行稳定性处理时必须选去磁情况来处理。铝镍钻永磁材料的另一个很重要的缺点就是需要钻这种重要战略物资。所有这些缺点都限制了这种材料的扩大使用，因而目前除非必须使用，很少有人去开发研究采用这种材料的永磁电机。
2．铁氧体永磁电机
由于铁氧体永磁材料磁性能相对比较低，价格也相应便宜，故目前这种材料主要用于玩具、家用电器、汽车电器、设备、录像机、录音机、办公设备、通用仪表等永磁直流电动机。之所以这些电器上采用铁氧体是因为以下情况：
l）这些器具量大面广，据统计，这种电机在小功率电动机中占70％以上；
2）由于这些场合需要的动力输出一般都较小且短时输出，因而所需材料较少；
3）主要的原因还是这种材料价格便宜，具有很大的竞争力。近年来，不少单位也进行了用铰铁硼代替铁氧体的实验研究，但是其综合效果并不太好。作者曾采用这两种材料用于小功率永磁直流电机的研究，结果发现，在输出功率及性能相近情况下，采用钦铁硼永磁材料时，材料虽有一定的节约，但在小功率永磁直流电机磁较制造上带来困难，且由于钦铁硼永磁材料目前存在的一些问题，实际上节省的永磁材料也很有限，所以在这些经济型电机上加强对铁氧体永磁材料磁性能的提高和机械加工性能的研究仍然是一个方向。
目前不论是国内或国际市场，铁氧体永磁电机均占一定份额，据统计铁氧体永磁电机在家用电器中占85 %，在计算机外部设备中占80 %，在汽车电器中占95 %，可见铁氧体永磁电机应用范围相当广泛。随着人们生活水平的提高，这种电机的应用将会更加普及。

工作原理
同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2 永磁同步电动机的数学模型
当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通，并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组。从而产生空载电动势。为了便于分析，在建立数学模型时，假设以下参数：①忽略电动机的铁心饱和；②不计电机中的涡流和磁滞损耗；③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布，即忽略磁场中所有的空间谐波；④各相绕组对称，即各相绕组的匝数与电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。
在分析同步电动机的数学模型时，常采用两相同步旋转(d，q)坐标系和两相静止(α，β)坐标系。图1给出永磁同步电动机在(d，q)旋转坐标系下的数学模型。
(1)定子电压方程为：
式中：r为定子绕组电阻；p为微分算子，p=d/dt；id，iq为定子电流；ud，uq为定子电压；ψd，ψq分别为磁链在d，q轴上的分量；ωf为转子角速度(ω=ωfnp)；np为电动机较对数。
(2)定子磁链方程为：
式中：ψf为转子磁链。
(3)电磁转矩为：
式中：J为电机的转动惯量。
若电动机为隐较电动机，则Ld=Lq，选取id，iq及电动机机械角速度ω为状态变量，由此可得永磁同步电动机的状态方程式为：
由式(7)可见，三相永磁同步电动机是一个多变量系统，而且id，iq，ω之间存在非线性耦合关系，要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制，是一个颇具挑战性的课题。
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