永磁電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

點(diǎn)擊量：1998   日期：2018-10-08

永磁電機(jī)采用永磁體生成電機(jī)的磁場(chǎng),無(wú)需勵(lì)磁線圈也無(wú)需勵(lì)磁電流,效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,是很好的節(jié)能電機(jī),隨著高性能永磁材料的問(wèn)世和控制技術(shù)的迅速發(fā)展.永磁電機(jī)的應(yīng)用將會(huì)變得更為廣泛.

永磁電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用
與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比,永磁電機(jī),特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠;體積小,質(zhì)量輕;損耗小,效率高;電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn).因而應(yīng)用范圍極為廣泛,幾乎遍及航空航天、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域.下面介紹幾種典型永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)及其主要應(yīng)用場(chǎng)合.
1、 稀土永磁發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比不需要集電環(huán)和電刷裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,減少了故障率.采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密,并把電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到最佳值,提高功率質(zhì)量比.當(dāng)代航空、航天用發(fā)電機(jī)幾乎全部采用稀土永磁發(fā)電機(jī).其典型產(chǎn)品為美國(guó)通用電氣公司制造的150 kVA 14 極 12 000 r/min~21 000 r/min和100 kVA 60 000 r/min的稀土鈷永磁同步發(fā)電機(jī).國(guó)內(nèi)研發(fā)的第一臺(tái)稀土永磁電機(jī)即為3 kW 20 000 r/min的永磁發(fā)電機(jī).
永磁發(fā)電機(jī)也用作大型汽輪發(fā)電機(jī)的副勵(lì)磁機(jī),80年代我國(guó)研制成功當(dāng)時(shí)世界容量最大的40 kVA~160 kVA稀土永磁副勵(lì)磁機(jī),配備200 MW~600 MW汽輪發(fā)電機(jī)后大大提高電站運(yùn)行的可靠性.
目前,獨(dú)立電源用的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)小型發(fā)電機(jī)、車用永磁發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)的小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在逐步推廣.
2 、高效永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比,不需要無(wú)功勵(lì)磁電流,可以顯著提高功率因數(shù)(可達(dá)到1,甚至容性),減少了定子電流和定子電阻損耗,而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗,進(jìn)而可以減小風(fēng)扇(小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇)和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗,效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可提高2~8個(gè)百分點(diǎn).而且,永磁同步電動(dòng)機(jī)在25%~120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù),使輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著.這類電機(jī)一般都在轉(zhuǎn)子上設(shè)置起動(dòng)繞組,具有在某一頻率和電壓下直接起動(dòng)的能力.目前主要應(yīng)用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)水泵等領(lǐng)域.
我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩釹鐵硼永磁同步電動(dòng)機(jī)在油田應(yīng)用中可以解決"大馬拉小車"問(wèn)題,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)大50%~100%,可以替代大一個(gè)機(jī)座號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī),節(jié)電率在20%左右.
紡織化纖行業(yè)中負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,要求高牽入轉(zhuǎn)矩.合理設(shè)計(jì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載漏磁系數(shù)、凸極比、轉(zhuǎn)子電阻、永磁體尺寸和定子繞組匝數(shù)可以提高永磁電機(jī)的牽入性能,促使它應(yīng)用于新型的紡織和化纖工業(yè).
大型電站、礦山、石油、化工等行業(yè)所用幾百千瓦和兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)、泵類用電機(jī)是耗能大戶,而目前所用電機(jī)的效率和功率因數(shù)較低,改用釹鐵硼永磁后不僅提高了效率和功率因數(shù),節(jié)約能源,且為無(wú)刷結(jié)構(gòu),提高了運(yùn)行的可靠性.目前1 120kW永磁同步電動(dòng)機(jī)是世界上功率最大的異步起動(dòng)高效稀土永磁電機(jī),效率高于96.5%(同規(guī)格電機(jī)效率為95%),功率因數(shù)0.94,可以替代比它大1~2個(gè)功率等級(jí)的普通電動(dòng)機(jī). 3 、交流伺服永磁電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在越來(lái)越多地用變頻電源和交流電動(dòng)機(jī)組成交流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)替代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng).在交流電動(dòng)機(jī)中,永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)與電源頻率保持恒定的關(guān)系,使得它可直接用于開(kāi)環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng).這類電機(jī)通常由變頻器頻率的逐步升高來(lái)起動(dòng),在轉(zhuǎn)子上可以不設(shè)置起動(dòng)繞組,而且省去了電刷和換向器,維護(hù)方便.
變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動(dòng)機(jī),既具有電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)異調(diào)速性能,又實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化,主要應(yīng)用于高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合,如航空、航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等.
現(xiàn)已研制成寬調(diào)速范圍、高恒功率調(diào)速比的釹鐵硼永磁同步電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),調(diào)速比高達(dá)1:22 500,極限轉(zhuǎn)速達(dá)到9 000 r/min.永磁同步電動(dòng)機(jī)高效、小振動(dòng)、低噪聲、高轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn)在電動(dòng)車、機(jī)床等驅(qū)動(dòng)裝置中是最理想的電動(dòng)機(jī).
隨著人民生活水平的不斷提高,對(duì)家用電器的要求越來(lái)越高.例如家用空調(diào)器,既是耗電大件,又是噪聲的主要來(lái)源,其發(fā)展趨勢(shì)是使用能無(wú)級(jí)調(diào)速的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī).它既能根據(jù)室溫的變化,自動(dòng)調(diào)整到適宜的轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn),減少噪聲和振動(dòng),使人的感覺(jué)更為舒適,還比不調(diào)速的空調(diào)器節(jié)電1/3.其他如電冰箱、洗衣機(jī)、除塵器、風(fēng)扇等也在逐步改用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī).
4 、永磁直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)采用永磁勵(lì)磁后,既保留了電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速特性和機(jī)械特性,還因省去了勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁損耗而具有結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單、體積小、用銅量少、效率高等特點(diǎn).因而從家用電器、便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)工具到要求有良好動(dòng)態(tài)性能的精密速度和位置傳動(dòng)系統(tǒng)都大量應(yīng)用永磁直流電動(dòng)機(jī).500 W以下的微型直流電動(dòng)機(jī)中,永磁電機(jī)占92%,而10 W以下的永磁電機(jī)占99%以上.
目前,我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展迅速,汽車工業(yè)是永磁電機(jī)的最大用戶,電機(jī)是汽車的關(guān)鍵部件,一輛超豪華轎車中,各種不同用途的電機(jī)達(dá)70余臺(tái),其中絕大部分是低壓永磁直流微電機(jī).汽車、摩托車用起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī),采用釹鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后,可使起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量減輕一半.
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