磁特性决定电机走势:永磁电机的发展历史,苏州吸铁石

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磁特性决定电机走势:永磁电机的发展历史

发布时间 : 2018-08-14 09:48:27      访问量 : 1610次

永磁电机的发展同永磁材料的发展密切相关。我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并把它应用于实践的国家,两千多年前,我国利用永磁材料的磁特性制成了指南针,在航海、军事等领域发挥了巨大的作用,成为我国古代四大发明之一。


世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石(Fe3O4),磁能密度很低,用它制成的电机体积庞大,不久被电励磁电机所取代。


随着各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明,人们对永磁材料的机理、构成和制造技术进行了深入研究,相继发现了碳钢、钨钢(最大磁能积约2.7 kJ/m3)、钴钢(最大磁能积约7.2 kJ/m3)等多种永磁材料。特别是20世纪30年代出现的铝镍钴永磁(最大磁能积可达85 kJ/m3)和50年代出现的铁氧体永磁(最大磁能积现可达40 kJ/m3),磁性能有了很大提高,各种微型和小型电机又纷纷使用永磁体励磁。永磁电机的功率小至数毫瓦,大至几十千瓦,在军事、工农业生产和日常生活中得到广泛应用,产量急剧增加。相应地,这段时期在永磁电机的设计理论、计算方法、充磁和制造技术等方面也都取得了突破性进展,形成了以永磁体工作图图解法为代表的一套分析研究方法。但是,铝镍钴永磁的矫顽力偏低(36~160 kA/m),铁氧体永磁的剩磁密度不高(0.2~0.44 T),限制了它们在电机中的应用范围。一直到20世纪60年代和80年代,稀土钴永磁和钕铁硼永磁(二者统称稀土永磁)相继问世,它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造电机,从而使永磁电机的发展进入一个新的历史时期。


永磁电机的特点及应用


与传统的电励磁电机相比,永磁电机,特别是稀土永磁电机具有结构简单,运行可靠;体积小,质量轻;损耗小,效率高;电机的形状和尺寸可以灵活多样等显着优点。因而应用范围极为广泛,几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。


下面介绍几种典型永磁电机的主要特点及其主要应用场合。


1 稀土永磁发电机永磁同步发电机与传统的发电机相比不需要集电环和电刷装置,结构简单,减少了故障率。采用稀土永磁后还可以增大气隙磁密,并把电机转速提高到最佳值,提高功率质量比。当代航空、航天用发电机几乎全部采用稀土永磁发电机。


2 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。


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。


4 永磁直流电动机直流电动机采用永磁励磁后,既保留了电励磁直流电动机良好的调速特性和机械特性,还因省去了励磁绕组和励磁损耗而具有结构工艺简单、体积小、用铜量少、效率高等特点。目前,我国汽车行业发展迅速,汽车工业是永磁电机的最大用户,电机是汽车的关键部件,一辆超豪华轿车中,各种不同用途的电机达70余台,其中绝大部分是低压永磁直流微电机。汽车、摩托车用起动机电动机,采用钕铁硼永磁并采用减速行星齿轮后,可使起动机电动机的质量减轻一半。


永磁电机的分类


永磁电机种类繁多。根据电机功能大致可分为永磁发电机和永磁电动机两大类 。


永磁 电动机又可分为永磁直流电动机和永磁交流电动机。而永磁交流电动机指的是带有永磁转子的多相同步电动机,所以常被称为永磁同步电动机 (PMSM)。


永磁直流电动机如果按有无电剧和换向器来分.又可分为永磁有刷直流电动机和永磁无刷 直流电动机 (BLDCM )。


当今世界,现代电力电子学理论和技术正在大发展.电力电子器件,如 MOSFET、IGBT、MCT 等的不断问世,控制装置发生根本性变化。自F·BlascEke提出交流电机矢量控制原理之后,矢量控制技术的发展开创了交流伺服传动控制的新纪元,丽各种高性能微处理器的不断推出,进一步加速了交流伺服系统取代直流伺服系统的发展。交辩I伺服系统取代直流伺服系统已成必然趋势。然而,具有正弦波反电势的永磁同步电动机 (PMSM)和具有梯形波反电势的无刷直流电动机 (BLIX~)因其本身卓越的性能必将会成为发展高性能交流伺服系统的主流 。


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