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永磁同步電機的運行原理與電勵磁同步電機相同，但它以永磁體提供的磁通代替后者的勵磁繞組勵磁，使電機結構更為簡(jiǎn)單。近年來(lái)，永磁材料性能的改善以及電力電子技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了新原理、新結構永磁同步電機的開(kāi)發(fā)，有力地促進(jìn)了電機產(chǎn)品技術(shù)、品種及功能的發(fā)展，某些永磁同步電機已形成系列化產(chǎn)品，其容量從小到大，目前已達到兆瓦級，應用范圍越來(lái)越廣；其地位越來(lái)越重要，從軍工到民用，從特殊到一般迅速擴大，不僅在微特電機中占優(yōu)勢，而且在電力推進(jìn)系統中也顯示出了強大的生命力。

1、特點(diǎn)

永磁同步電機采用永磁體勵磁具有電勵磁電機無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

1)效率高：在轉子上嵌入永磁材料后，在正常工作時(shí)轉子與定子磁場(chǎng)同步運行，轉子繞組無(wú)感生電流，不存在轉子電阻和磁滯損耗，提高了電機效率。

2)功率因數高：永磁同步電機轉子中無(wú)感應電流勵磁，定子繞組呈現阻性負載，電機的功率因數近于1，減小了定子電流提高了電機的效率。同時(shí)功率因數的提高，提高了電網(wǎng)品質(zhì)因數，減小了輸變電線(xiàn)路的損耗，輸變電容量也可降低，節省了電網(wǎng)投資。

3)起動(dòng)轉矩大：在需要大起動(dòng)轉矩的設備(如油田抽油電機)中，可以用較小容量的永磁電機替代較大容量的Y系列電機。如果37kw永磁同步電機代替45kW的Y系列電機，較好地解決了“大馬拉小車(chē)”的現象，節省了設備投入費用，提高了系統的運行效能。

4)力能指標好：Y系列電機在60%的負荷下工作時(shí)，效率下降15%，功率因數下降30%，力能指標下降40%；而永磁同步電機的效率和功率因數下降甚微，當電機只有20%負荷時(shí)，其力能指標仍為滿(mǎn)負荷的80%以上。

5)溫升低：轉子繞組中不存在電阻損耗，定子繞組中幾乎不存在無(wú)功電流，因而電機溫升低。

6)體積小，重量輕，耗材少：同容量的永磁同步電機體積、重量、所用材料可以減小30%左右。

7)可大氣隙化，便于構成新型磁路。

8)電樞反應小，抗過(guò)載能力強。

2、發(fā)展現狀

永磁同步電機的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展息息相關(guān)。新型永磁材料的出現大大促進(jìn)了永磁同步電機的發(fā)展。二十世紀八十年代釣鐵硼稀土永磁材料問(wèn)世，由于釣資源豐富，以廉價(jià)的鐵取代昂貴的鈷，價(jià)格相對低廉。牧鐵硼稀土永磁材料磁性能好，極大地推動(dòng)了永磁同步電機的開(kāi)發(fā)。

2.1發(fā)展成果

我國十分重視鉸鐵硼永磁電機的研究開(kāi)發(fā)，并列入了國家“863”攻關(guān)計劃。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，取得了豐碩成果，開(kāi)發(fā)了5種類(lèi)型22個(gè)典型規格的高性能永磁同步電機樣機。

1)3種典型規格的高效、高起動(dòng)轉矩永磁同步電動(dòng)機樣機，成功地解決了起動(dòng)轉矩高、節能效果好、高溫不退磁和成本合理這4項互相制約的矛盾。表1給出了我國開(kāi)發(fā)的用于油田抽油機的37kW稀土永磁同步電機與感應電動(dòng)機的性能比較。表2給出了我國新近開(kāi)發(fā)的用于風(fēng)機、泵類(lèi)作業(yè)中功率為1120kW的稀土永磁同步電動(dòng)機與感應電動(dòng)機和電勵磁同步電動(dòng)機的性能對比。

2)化纖機械用高效高牽入同步妝鐵硼永磁同步電動(dòng)機(6個(gè)規格)。與現有電機相比，所開(kāi)發(fā)電機的功率因數、效率和Z大轉矩倍數都有不同程度的提高，失步轉矩是原有的3.59倍，牽轉矩提高了3倍。

3)機床主軸用7.5kW高恒功率調速比鉸鐵硼永磁同步電動(dòng)機和驅動(dòng)系統。開(kāi)發(fā)的永磁同步電動(dòng)機調速系統的調速范圍為0.4r/rain~9000r/min(國內同規格的主軸感應電動(dòng)機的調速范圍僅為8000r/rein)，恒功率調速比達到1：6。

4)電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電動(dòng)機和驅動(dòng)系統。開(kāi)發(fā)的7.5kW輕微型電動(dòng)客車(chē)用永磁同步電動(dòng)機系統，電機重量為45kg，額定轉速為3000r/min，Z高轉速5500r/min。樣機系統整體額定效率達89.1%，1h持續轉矩密度為0.74N

m/kg(日本AISIMAW樣機1h持續轉矩密度為0.78Nmkg)(油冷)，15min持續轉矩密度為1.178Nm/kg。

5)高起動(dòng)能力牧鐵硼永磁起動(dòng)機電機(4個(gè)規格樣機)。所開(kāi)發(fā)的電機把原來(lái)永磁磁極的一部分換為廉價(jià)的軟鐵輔助磁極，節省牧鐵硼永磁材料約30%

2.2存在問(wèn)題

在開(kāi)發(fā)高性能永磁同步電機過(guò)程中，取得上述成果的同時(shí)，也得到了一些問(wèn)題，有待于更深入地研究和探索。

1）不可逆退磁問(wèn)題。如果設計或使用不當，永磁同步電機在過(guò)高（錢(qián)鐵硼永磁）或過(guò)低（鐵氧體永磁）溫度時(shí)，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(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機性能下降，甚至無(wú)法使用。

因此，既要研究開(kāi)發(fā)適用于電機制造廠(chǎng)使用的檢查永磁材料熱穩定性的方法和裝置，又要分析各種不同結構型式的抗去磁能力，以便設計和制造時(shí)，采用相應措施保證永磁同步電機不失磁。

2）成本問(wèn)題。鐵氧體永磁同步電機由于結構工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量減輕，總成本一般比電勵磁電機低，因而得到了廣泛應用。由于稀土永磁目前的價(jià)格還比較貴，稀土永磁電機的成本一般比電勵磁電機高．這需要用它的高性能和運行費用的節省來(lái)補償。在設計時(shí)既需要根據具體使用場(chǎng)合和要求進(jìn)行性能價(jià)格的比較后取舍，又要進(jìn)行結構工藝的創(chuàng )新和設計優(yōu)化，以降低成本。

3）控制問(wèn)題。永磁同步電機不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，但這也造成從外部調節、控制其磁場(chǎng)極為困難。但是隨著(zhù)M05「ET、IGB丁等電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，大多數永磁同步電機在應用中r可以不進(jìn)行磁場(chǎng)控制而只進(jìn)行電樞控制．設計時(shí)需把永磁材料、電力電子器件和微機控制三項新技術(shù)結合起來(lái)，使永磁同步電機在嶄新的工況下運行。此外，以永磁同步電機作為執行元件的永磁交流伺服系統，由于永磁同步電機本身是具有一定非線(xiàn)性、強藕合性和時(shí)變性的系統，同時(shí)其伺服池象也存在較強的不確定性和非線(xiàn)性，加之系統運行時(shí)易受到不同程度的干擾，因此采用先進(jìn)控制策略、先進(jìn)的控制系統實(shí)現方式（如基于0Sp控制），從整體上提高系統的智能化和數字化水平，這應是當前發(fā)展高性能永磁同步電機伺服系統的一個(gè)主要突破口。

3、發(fā)展趨勢永磁同步電機以其效率高、比功率大、結構簡(jiǎn)單、節能效果顯著(zhù)等一系列優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中逐步得到廣泛應用。尤其是近年來(lái)高耐熱勝、高磁性能鉸鐵硼永磁體的成功開(kāi)發(fā)以及電力電子元件的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，稀土永磁同步電機的研究開(kāi)發(fā)在國內外又進(jìn)人了一個(gè)新的時(shí)期，在理論研究和應用領(lǐng)域都將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，目前正向超高速、高轉矩、大功率、微型化、高功能化方向發(fā)展。

3.1超高速電機永磁同步電機不需要勵磁繞組，結構比較簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)部分沒(méi)有發(fā)熱源，不需要冷卻裝置，材料的矯頑力高，氣隙長(cháng)度可以取較大值從而使大幅度提高轉速成為可能。目前已制成（2~3)X10r/rain的電機，如美國通用電氣公司研制的150kw、23000r/min的徑向氣隙型轉子結構航空用稀土永磁發(fā)電機，外轉子型用于電動(dòng)車(chē)的7.2kw、2700Or/rain的電機。目前正在研制每分鐘幾十萬(wàn)轉的電機。

3.2高轉矩大功率電機

耐熱、高磁性能較鐵硼永磁材料的開(kāi)發(fā)成功將使其在大功率永磁同步電機中獲得重要應用。運輸業(yè)和工業(yè)中諸如電動(dòng)汽車(chē)、混合型（內燃機與電動(dòng)機并用）動(dòng)力汽車(chē)、列車(chē)、電梯、機床、機器人等，對大功率電動(dòng)機的需求正在增長(cháng)。

船舶推動(dòng)電機要求低速大轉矩。德國西門(mén)子公司于1986年研制1095kW、230r/rain的六相永磁同步電動(dòng)機，用于艦船的推進(jìn)，與過(guò)去使用的直流電動(dòng)機相比，體積可減小60%左右，損耗可降低20%左右。另外1760kW永磁同步推進(jìn)電機裝于U.212潛艇試用，其長(cháng)度和有效體積與傳統的直流推進(jìn)電機相比減少40%。瑞士ABB公司已經(jīng)建造了超過(guò)300艘的電力推進(jìn)船舶Z大安裝容量達到了2X19MW，其研制的400kW至舊MW永磁同步電機用于："Com-paetA~ipod"吊艙式電力推進(jìn)系統。法國熱蒙工業(yè)公司1987年研制的400kW、500r/rain永磁電機樣機與直流電機相比，體積也減少了40%。1996年，12相、1800kW?180r/rain永磁推進(jìn)電機及控制裝置已完成研制及所有的實(shí)船試驗。同年，英國展出了"海航"號輕型隱身護衛艦設計模型。該艦裝有兩臺21MW永磁同步電機在巡航或隱身時(shí)直接驅動(dòng)螺旋槳。

3.3微型化

由于鉞鐵硼永磁的Z大磁能積很高，特別是能制成超薄型的永磁體，從而使過(guò)去難以制作的超微型和低慣量電動(dòng)機得以實(shí)現，目前已開(kāi)發(fā)出直徑幾毫米以下的超小型電動(dòng)機用作醫療微型機器、眼球手術(shù)用機器人手臂或管道檢查用機器人等場(chǎng)合的驅動(dòng)源?，F已制成外徑0.8mm、長(cháng)1.2mIn的世界上Z小的永磁電動(dòng)機。

3.4高功能化

在高溫、高真空度或空間狹小等特殊場(chǎng)合難以使用傳統電機，而稀土永磁電機可以耐高溫（指彩鉆或高耐熱性錢(qián)鐵硼磁體），且體積小，正好能滿(mǎn)足這些特殊要求。宇航設備中的機械手、原子能設備的檢查機器人和主導體制造裝置等特殊環(huán)境下工作的電動(dòng)機，需要使用高溫電動(dòng)機和高真空電動(dòng)機。已開(kāi)發(fā)的有150W、3000r/min，工作在200oC~300oC高溫和133.3X10Pa真空度環(huán)境下的三相四極永磁電動(dòng)機，直徑105mm、長(cháng)145mm，采用高溫特性好的Sm2Co永磁體。

4、結語(yǔ)

21世紀，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，高新技術(shù)不斷涌現，節電、環(huán)保意識日益增強，使得永磁同步電機發(fā)展的前途一片光明，尤其是高性能稀土永磁同步電機及其伺服系統，隨其技術(shù)的快速發(fā)展和日漸成熟，結構型式將日趨多樣化，也將會(huì )贏(yíng)得更為廣泛的發(fā)展空間，獲得更加廣泛的應用。