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永磁电机

更新:2021/7/29 22:38:24点击:
产品介绍

高效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,可以显着提高功率因数(可达到1,甚至容性),减少了定子电流和定子电阻损耗,而且在稳定运行时没有转子铜耗,进而可以减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损耗,效率比同规格感应电动机可提高2~8个百分点。而且,永磁同步电动机在25%~120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数,使轻载运行时节能效果更为显着。这类电机一般都在转子上设置起动绕组,具有在某一频率和电压下直接起动的能力。目前主要应用在油田、纺织化纤工业、陶瓷玻璃工业和年运行时间长的风机水泵等领域。

我国自主开发的高效高起动转矩钕铁硼永磁同步电动机在油田应用中可以解决“大马拉小车”问题,起动转矩比感应电动机大50%~100%,可以替代大一个机座号的感应电动机,节电率在20%左右。

纺织化纤行业中负载转动惯量大,要求高牵入转矩。合理设计永磁同步电动机的空载漏磁系数、凸极比、转子电阻、永磁体尺寸和定子绕组匝数可以提高永磁电机的牵入性能,促使它应用于新型的纺织和化纤工业。

大型电站、矿山、石油、化工等行业所用几百千瓦和兆瓦级风机、泵类用电机是耗能大户,而目前所用电机的效率和功率因数较低,改用钕铁硼永磁后不仅提高了效率和功率因数,节约能源,且为无刷结构,提高了运行的可靠性。目前1 120kW永磁同步电动机是世界上功率最大的异步起动高效稀土永磁电机,效率高于96.5%(同规格电机效率为95%),功率因数0.94,可以替代比它大1~2个功率等级的普通电动机。 3 交流伺服永磁电动机和无刷直流永磁电动机现在越来越多地用变频电源和交流电动机组成交流调速系统来替代直流电动机调速系统。在交流电动机中,永磁同步电机的转速在稳定运行时与电源频率保持恒定的关系,使得它可直接用于开环的变频调速系统。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动,在转子上可以不设置起动绕组,而且省去了电刷和换向器,维护方便。

变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统构成自同步永磁电动机,既具有电励磁直流电动机的优异调速性能,又实现了无刷化,主要应用于高控制精度和高可靠性的场合,如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备等。

现已研制成宽调速范围、高恒功率调速比的钕铁硼永磁同步电动机和驱动系统,调速比高达1:22 500,极限转速达到9000 r/min。永磁同步电动机高效、小振动、低噪声、高转矩密度的特点在电动车、机床等驱动装置中是最理想的电动机。

永磁电机的相关注意事项

1 磁路结构和设计计算

为了充分发挥各种永磁材料的磁性能,特别是稀土永磁的优异磁性能,制造出性价比高的永磁电机,就不能简单套用传统的永磁电机或电励磁电机的结构和设计计算方法,必须建立新的设计概念,重新分析和改进磁路结构。随着计算机硬件和软件技术的迅猛发展,以及电磁场数值计算、优化设计和仿真技术等现代化设计方法的不断完善,经过电机学术界和工程界的共同努力,现已在永磁电机的设计理论、计算方法、结构工艺和控制技术等方面取得了突破性进展,形成了以电磁场数值计算和等效磁路解析求解相结合的一整套分析研究方法和计算机辅助分析、设计软件,并正在不断完善中。

2 控制问题

永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数,永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。这些使永磁电机的应用范围受到了限制。但是,随着MOSFET、IGBT等电力电子器件和控制技术的迅猛发展,大多数永磁电机在应用中,可以不必进行磁场控制而只进行电枢控制。设计时需要把稀土永磁材料、电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来,使永磁电机在崭新的工况下运行。

3 不可逆退磁问题

如果设计或使用不当,永磁电机在过高(钕铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)温度时,在冲击电流产生的电枢反应作用下,或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁,或叫失磁,使电机性能降低,甚至无法使用。因而,既要研究开发适于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置,又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力,以便在设计和制造时,采用相应措施保证永磁电机不失磁。

4 成本问题

铁氧体永磁电机,特别是微型永磁直流电动机,由于结构工艺简单、质量减轻,总成本一般比电励磁电机低,因而得到了极为广泛的应用。由于稀土永磁目前价格还比较贵,稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高,这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。在某些场合,例如计算机磁盘驱动器的音圈电动机,采用钕铁硼永磁后性能提高,体积质量显着减小,总成本反而降低。在设计时既需根据具体使用场合和要求,进行性能、价格的比较后决定取舍,又要进行结构工艺的创新和设计优化以降低成本。


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