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永磁同步電機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
發(fā)布時(shí)間：
2023-05-17 17:05
永磁同步電機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
1. 永磁同步電機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)
① 高性能稀土永磁材料的應(yīng)用
稀土永磁材料經(jīng)歷了SmCo5、Sm2Co17、Nd2Fe14B 三個(gè)階段?，F(xiàn)在以釹鐵硼為代表的永磁材料因其在磁學(xué)性能上表現(xiàn)優(yōu)異成為應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)稀土永磁材料。永磁材料的發(fā)展帶動(dòng)了永磁電機(jī)的發(fā)展。與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁三相感應(yīng)電機(jī)相比，永磁體替代了電激磁磁極，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積。這使得電機(jī)的功率密度、轉(zhuǎn)矩密度和工作效率提高，且使電機(jī)體積變小，質(zhì)量減輕，使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，促使電動(dòng)機(jī)向更大功率方向發(fā)展。
② 新型控制理論的應(yīng)用
近年來(lái)，控制算法發(fā)展很快，其中，矢量控制算法從原理上解決了交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)策略問(wèn)題，使得交流電機(jī)具有良好的控制性能。直接轉(zhuǎn)矩控制的出現(xiàn)使控制結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，以及具有對(duì)參數(shù)變化電路棒性能強(qiáng)和轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。間接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)解決了直接轉(zhuǎn)矩在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問(wèn)題，提高了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制精度。
③ 高性能電力電子器件和處理器的應(yīng)用
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強(qiáng)電之間的橋梁。電力電子技術(shù)的發(fā)展使驅(qū)動(dòng)控制策略得以實(shí)現(xiàn)。比如20世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，它們能將工頻電源轉(zhuǎn)換成頻率連續(xù)可調(diào)的變頻電源，如此就為交流電的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設(shè)定后具有軟啟動(dòng)能力，頻率能以一定的速率從零上升到設(shè)定的頻率，并且上升速率在很大范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)整，解決了同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題。
2. 國(guó)內(nèi)外永磁同步電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
歷史上第一臺(tái)電機(jī)是永磁電機(jī)。當(dāng)時(shí)，永磁材料性能比較差，永磁體矯頑力和剩磁都太低，不久就被電勵(lì)磁電機(jī)取代了。到了20世紀(jì) 70 年代，以釹鐵硼為代表的稀土永磁材料擁有很大的矯頑力、剩磁，退磁能力強(qiáng)和較大的磁能積使大功率永磁同步電機(jī)登上歷史的舞臺(tái)?，F(xiàn)在，關(guān)于永磁同步電機(jī)的研究日趨成熟，正朝向高速度，大轉(zhuǎn)矩、大功率、高效率以及微型化、智能化發(fā)展。近年來(lái)，在永磁同步電機(jī)本體上出現(xiàn)了很多高端電機(jī)，比如1986年德國(guó)西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的230r/min、1 095 kW的六相永磁同步電動(dòng)機(jī)。用它為艦船提供動(dòng)力，其體積比傳統(tǒng)的直流電機(jī)小近60%，損耗降低近 20%. 瑞士 ABB 公司建造的用于艦船推進(jìn)的永磁同步電動(dòng)機(jī)最大安裝容量達(dá) 38 MW。我國(guó)對(duì)永磁電機(jī)的研究起步晚，隨著國(guó)內(nèi)學(xué)者和政府的大力投入，它發(fā)展得很快。目前，我國(guó)已經(jīng)研制生產(chǎn)出3MW 高速度永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，南車(chē)株洲公司也在研制更大功率的永磁電機(jī)。
隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在由于社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)永磁同步電機(jī)的要求更加苛刻，促使永磁電動(dòng)機(jī)向著擁有更大的調(diào)速范圍和更高的精度控制發(fā)展。由于現(xiàn)在生產(chǎn)工藝的提高，具有高性能的永磁材料得到進(jìn)一步的發(fā)展。這使其成本大大降低，逐漸被應(yīng)用于生活的各個(gè)領(lǐng)域。
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