永磁电机目前拥有的成熟技术和发展方向

永磁电机目前拥有的成熟技术和发展方向

2020-05-09 11:33:06 552

随着20世纪70年代稀土永磁材料的发展,稀土永磁电机得到广泛认可和推崇。它励磁性能优异、稳定、损耗低、质量轻、功率密度大,远远优于传统电机。近年来,稀土电磁材料性能及工艺再上新台阶,电力电子与电力传动技术、自动控制技术高速发展,永磁同步电机性能得以更加改善。

永磁同步电机的技术及发展现状

1 永磁同步电机的发展基础

① 高性能稀土永磁材料的应用

现今使用很广的稀土永磁材料以钕铁硼为代表。永磁材料的发展带动了永磁电机的发展。与传统电励磁三相感应电机相比,永磁体替代了电激磁磁极,简化了结构,消除了转子的滑环、电刷,实现了无刷结构,缩小了转子体积,提高了电机功率密度、转矩密度和工作效率。

② 新型控制理论的应用

矢量控制算法从原理上解决了交流电机的驱动策略问题,使得交流电机具有良好的控制性能。直接转矩控制的出现使控制结构更加简单,以及具有对参数变化电路棒性能强和转矩动态响应速度快的特点。间接转矩控制技术解决了直接转矩在低速时转矩脉动大的问题,提高了电动机的转速和控制精度。

③ 高性能电力电子器件和处理器的应用

现代电力电子技术是信息产业与传统产业间重要的接口,是弱电与被控强电之间的桥梁。电力电子技术的发展使驱动控制策略得以实现。比如20世纪70年代出现的通用变频器系列产品,它们能将工频电源转换成频率连续可调的变频电源,就解决了同步电动机的启动问题。

2 国内外永磁同步电机的发展现状

近年来,在永磁同步电机本体上出现了很多高端电机,比如六相永磁同步电动机。用它为舰船提供动力,其体积比传统的直流电机小近60%,损耗降低近20%;用于舰船推进的永磁同步电动机大安装容量达38MW;我国已经研制出的3MW高速度永磁风力发电机。

现在的永磁同步电机正向着拥有更大的调速范围和更高的精度控制发展,具有高性能的永磁材料得到青睐。

现阶段的永磁同步电动机技术

1 永磁同步电机设计技术

内置式永磁电机具有效率高、功率因数大、单位功率密度大、弱磁扩速能力强和动态响应速度快等优点,成为驱动电机的理想选择。永磁体提供永磁电机的全部励磁磁场,齿槽转矩会加大电机运行时的震动和噪声。过大的齿槽转矩会使电机速度控制系统的低速性能及位置控制系统的高精度定位受到影响,所以在电机设计时,应尽量通过电机优化来减小齿槽转矩。

经研究,减小齿槽转矩的一般方法有改变极弧系数,减小定子的槽口宽度,斜槽、极槽配合,改变磁极位置、尺寸和形状等。但应该注意,在减小齿槽转矩时,可能会对电机的其他性能造成影响,比如电磁转矩可能会随之变小。所以在设计时,要尽量平衡好各种因素,使电机性能达到很好的状态。

2 永磁同步电机仿真技术

永磁电机中永磁体的存在给设计人员计算参数带来了难度,比如空载漏磁系数的设计、极弧系数的设计。一般利用有限元分析软件计算优化永磁电机各项参数。有限元软件能使电机参数计算很,且利用它分析电机参数对性能的影响是非常可信的。

3 永磁同步电机控制技术

提高电机驱动系统性能对工业控制领域的发展同样具有重要意义,它使系统处于的性能驱动,其基本特点体现在速度较小方面,尤其是在快速启动、静止加速等情况下,能够输出较大转矩;而在高速行驶时,可以实现大范围内的恒功率调速控制。

永磁同步电动机发展趋势

今后永磁同步电机将会朝着2个主要方向发展:

①办公自动化设备、简易数控机床、计算机外围设备、家用电器及对性能要求不高的工业运动控制等领域的简易、低成本伺服系统;

②高精度数控机床、机器人、特种加工设备精细进给驱动,以及航空、航天用的高性能全数字化、智能化、柔性化的伺服系统。