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永磁電機

永磁電機采用永磁體生成電機的磁場(chǎng)，無(wú)需勵磁線(xiàn)圈也無(wú)需勵磁電流，效率高結構簡(jiǎn)單，是很好的節能電機，隨著(zhù)高性能永磁材料的問(wèn)世和控制技術(shù)的迅速發(fā)展．永磁電機的應用將會(huì )變得更為廣泛。

永磁電機特點(diǎn)

與傳統的電勵磁電機相比，永磁電機具有結構簡(jiǎn)單、運行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高、電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。因而應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。

1、永磁直流電動(dòng)機

永磁直流電動(dòng)機與普通直流電動(dòng)機結構上的不同在于，前者取消了勵磁繞組和磁極鐵心，代之以永磁磁極。永磁直流電動(dòng)機的特性與他勵直流電動(dòng)機類(lèi)似，兩者之間的區別在于主磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式不同。前者磁場(chǎng)不可控，后者磁場(chǎng)可控。永磁直流電動(dòng)機除了具有他勵直流電動(dòng)機的良好特性外，還具有結構簡(jiǎn)單、運行可靠、效率高、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。

2、異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機

異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機是具有自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機，兼有感應電動(dòng)機和電勵磁同步電動(dòng)機的特點(diǎn)。它依靠定子旋轉磁場(chǎng)與籠型轉子相互作用產(chǎn)生的異步轉矩實(shí)現起動(dòng)。正常運行時(shí)，轉子運行在同步速，籠型轉子不再起作用，其工作原理與電勵磁同步電動(dòng)機基本相同。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機與感應電動(dòng)機相比，有以下特點(diǎn)：

（1）轉速恒定，為同步速。

（2）功率因數高， 甚至為超前功率因數，從而減少定子電流和定子電阻損耗，而且穩定運行時(shí)沒(méi)有轉子銅耗，進(jìn)而可減小風(fēng)扇（小容量電機甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應的風(fēng)摩損耗，效率比同規格感應電動(dòng)機可提高 2% ～ 8% 

（3）具有寬的經(jīng)濟運行范圍。不僅額定負載時(shí)有較高的功率因數和效率， 而且在25% ～ 120% 額定負載范圍內都有較高的功率因數和效率，使輕載運行時(shí)節能效果更為顯著(zhù)。這類(lèi)電動(dòng)機一般都在轉子上設置起動(dòng)繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動(dòng)的能力。

（4）永磁電機體積和質(zhì)量較感應電機大大縮小。如 11kW 的異步電動(dòng)機質(zhì)量為220kg，而永磁電動(dòng)機僅為 92kg，相當于異步電動(dòng)機質(zhì)量的 45. 8% 。

（5）對電網(wǎng)影響小。感應電動(dòng)機的功率因數低，電動(dòng)機要從電網(wǎng)中吸收大量的無(wú)功電流，造成電網(wǎng)的品質(zhì)因數下降，加重電網(wǎng)變配電設備的負擔和電能損耗。而永磁電動(dòng)機轉子中無(wú)感應電流勵磁，電動(dòng)機功率因數高，提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因數，使電網(wǎng)中不再需要安裝無(wú)功補償裝置。

（6）由于通常采用釹鐵硼永磁材料，因此價(jià)格高；當電機設計或使用不當時(shí)，可能出現不可逆退磁。

（7） 加工工藝復雜，機械強度差。

（8） 電機性能受環(huán)境溫度、供電電壓等因素影響較大。

3、永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機

永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機用電子換向裝置代替直流電動(dòng)機的換向器，保留了直流電動(dòng)機的優(yōu)良特性。它既具有交流電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動(dòng)機起動(dòng)轉矩大、調速性能好的優(yōu)點(diǎn)。由于取消了電刷換向器，因此可靠性高；損耗主要由定子產(chǎn)生，散熱條件好；體積小、質(zhì)量輕。

4、調速永磁同步電動(dòng)機

調速永磁同步電動(dòng)機和永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機結構上基本相同，定子上為多相繞組，轉子上有永磁體，兩者優(yōu)點(diǎn)相似。它們的主要區別在于永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機根據轉子位置信息實(shí)現同步，而調速永磁同步電動(dòng)機需一套電子控制系統實(shí)現同步和調速。

5、永磁同步發(fā)電機

永磁同步發(fā)電機是一種結構特殊的同步發(fā)電機，與普通同步發(fā)電機不同的是，它采用永磁體建立磁場(chǎng)，取消了勵磁繞組、勵磁電源、集電環(huán)和電刷等，結構簡(jiǎn)單，運行可靠，效率高，免維護。采用稀土永磁時(shí)，氣隙磁密高，功率密度高，體積小，質(zhì)量輕。但由于采用了永磁體建立磁場(chǎng)，因此難以通過(guò)調節勵磁的方法調節輸出電壓和無(wú)功功率。另外，永磁同步發(fā)電機通常采用釹鐵硼或鐵氧體永磁，永磁體的溫度系數較高，輸出電壓隨環(huán)境溫度的變化而變化， 導致輸出電壓偏離額定電壓，且難以調節。

永磁電機缺點(diǎn)

永磁電機（PMM）通過(guò)定子電流與轉子上或轉子內的永磁體的相互作用產(chǎn)生轉矩。小型低功耗電機用于IT設備，商用機器和汽車(chē)輔助設備中的表面轉子磁體是常見(jiàn)的。內部磁體（IPM）在電動(dòng)車(chē)輛和工業(yè)電機等大型機器中很常見(jiàn)。

在永磁電機中，如果不考慮轉矩脈動(dòng)，定子可能采用集中（短節距）繞組，但在較大的永磁電機中，分布繞組是常見(jiàn)的。由于永磁電機無(wú)機械換向器，因此逆變器是控制繞組電流的關(guān)鍵。永磁電機不同于其他類(lèi)型的無(wú)刷電機，它不需要電流來(lái)支撐其磁場(chǎng)。所以，在尺寸較小或者質(zhì)量較輕的情況下，永磁電機能夠提供最大扭矩并有可能成為最佳選擇。無(wú)磁化電流還意味著(zhù)“最佳點(diǎn)”加載時(shí)，效率更高--也就是電機表現最好的位置。

此外，盡管永磁體在低速時(shí)帶來(lái)了性能優(yōu)勢，但它們也是技術(shù)上的“致命弱點(diǎn)”。例如，隨著(zhù)永磁電機速度的增加，反電動(dòng)勢接近逆變器電源電壓，從而無(wú)法控制繞組電流。這定義了通用永磁電機的基本速度，并且在表面磁體設計中通常代表給定電源電壓的最大可能速度。

在大于基本速度的速度下，IPM使用主動(dòng)磁場(chǎng)弱化，其中操縱定子電流故意壓低磁通量?？梢钥煽繉?shí)施的速度范圍限制在4：1左右。和以前一樣，這個(gè)限制可以通過(guò)減少繞組匝數和接受更大的成本和逆變器中的功率損耗來(lái)實(shí)現。

磁場(chǎng)弱化的需要是速度相關(guān)的，并且不管扭矩如何都會(huì )產(chǎn)生相關(guān)的損失。這會(huì )降低高速下的效率，特別是在輕負載下。

其他缺點(diǎn)包括由于其固有的反電動(dòng)勢在故障條件下難以管理的事實(shí)。即使變頻器斷開(kāi)，只要電機旋轉，電流就會(huì )持續流過(guò)繞組故障，從而導致齒槽轉矩和過(guò)熱，并且都是危險的。例如，由于變頻器停機，在高速下的磁場(chǎng)減弱會(huì )導致不受控制的發(fā)電，并且逆變器的直流母線(xiàn)電壓可能上升到危險的水平。除那些安裝釤鈷磁體永磁電機之外，操作溫度也是又一重要約束。且因逆變器故障引起的高電動(dòng)機電流可引起退磁。最大速度受限于機械磁鐵的保持力。若永磁電機破損，維修其一般需回到廠(chǎng)房?jì)?，由于難以對轉子進(jìn)行安全提取加工。最后是報廢后回收問(wèn)題同樣令人頭疼，不過(guò)目前稀土材料價(jià)值較高可能使得這類(lèi)材料更經(jīng)濟可行。

盡管存在這些缺點(diǎn)，永磁電機仍然在低速和效率方面保持無(wú)與倫比的地位，而且在尺寸和重量至關(guān)重要的情況下，它們都非常有用。

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