同步電機之調(diào)速永磁同步電動機和無刷直流電動機

隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和器件價格的不斷降低，人們越來越多地用變頻電源和交流電動機組成交流調(diào)速系統(tǒng)來替代直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動機中，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定運行時與電源頻率保持恒定的關(guān)系，這一固有特性使得它可直接用于開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，尤其適用于由同一變頻電源供電的多臺電機要求準確同步的傳動系統(tǒng)中，這可以簡化控制系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)無刷運行，而且較高的效率和功率因數(shù)可以減小價格昂貴的配套變額電源的容量．因而在各種調(diào)速系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。這類電機通常由變頻器頻率的逐步升高來起動，在轉(zhuǎn)子上可以不設(shè)置起動繞組。德國制成6相變頻電源供電的1095kw 、230r / min稀土水磁同步電動機（見圖13 )，用于艦船的推進。與過去使用的直流電動機相比，體積減少60％左右，急損耗降低20％左右，而且省去了電刷和換向器，維護方便。變頻器供電的永磁同步電動機加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動機，既具有電勵磁直流電動機的優(yōu)異調(diào)速性能，又實現(xiàn)了無刷化，這在要求高控制精度和高可靠性的場合，如航空、航天、數(shù)控機床、加工中心、機器人、電動汽車、計算機外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應用。          其中反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波的電動機，通常又稱為無刷

直流電動機；反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的電動機，稱為正弦波永磁同步電動機，簡稱永磁同步電動機。美國制成驅(qū)動航天飛機升降副翼用的12 . 6kw 、 g000r / min稀土永磁無刷直流電動機，效率為95洲，僅重765kg 。法國開發(fā)的lookw無刷直流電動機，在線圈端側(cè)裝入逆變器，總重只有28kg．我國也已批量生產(chǎn)數(shù)控機床用的稀土永磁無刷直流電動機，調(diào)速比高達1 :10000 。

    電動汽車是當前汽車發(fā)展的新方向，一些發(fā)達國家每年均投入大量經(jīng)費用于研制和開發(fā)，其中電機和傳動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，稀土永磁電機以其體積小、效率高、比能優(yōu)異而成為各國研制新一代電動汽車的首選方案。圖14為電動汽車用裝入車輪輪箍直接驅(qū)動的外轉(zhuǎn)子稀土永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。

    隨著人民生活水平的不斷提高，對家用電器的要求越來越高。例如家用空調(diào)器，既是耗電大件，又是噪聲的主要來源，其發(fā)展趨勢是使用能無級調(diào)速的永磁無刷直流電動機。它既能根據(jù)室溫的變化，自動調(diào)整到適宜的轉(zhuǎn)速下長時間運轉(zhuǎn)，減少了噪聲和振動，使人的感覺更為舒適，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、除塵器、風扇等也在逐步改用無刷直流電動機。

2.永磁直流電動機

直流電動機采用永磁勵磁后，既保留了電勵磁直流電動機良好的調(diào)速特性和機械特性，還因省去了勵磁繞組和勵磁損耗而具有結(jié)構(gòu)工藝簡單、體積小、用銅量少、效率高等特點。圖1一5為永磁直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。功率在300W以內(nèi)時，永磁直流電動機的效率比同規(guī)格電勵磁直流電動機的高10％一20 %．而且，電機功率越小，勵磁結(jié)構(gòu)占總體積的比例和勵磁損耗占總損耗比例都越大，永磁直流電動機的優(yōu)點尤為突出。采用鐵氧體永磁時總成本一般比電勵磁電機低。因而從家用電器、便攜式電子設(shè)備、電動工具到要求有良好動態(tài)性能的精密速度和位置傳動系統(tǒng)（如計算機外圍設(shè)備、錄像機等）都大量應用永磁直流電動機。據(jù)資料報導，500W以下的型直流電動機中，永磁電機占92 %，而low以下的永磁電機占99煒

我國已開發(fā)出功率為。 55一220kw 、電壓為160V和40Ov的欽鐵硼永磁直流電動機系列，與同規(guī)格的電勵磁直流電動機相比，效率可提高6 %，還可節(jié)約銅材3 。％? 40％、硅鋼片10％一20％。汽車工業(yè)是永磁電機的最大用戶。汽車用電機的要求是質(zhì)量輕、效率高、控制性能好、可靠性高，水磁直流電動機正好能滿足這些要求，有的價格也最便宜。電機是汽車的關(guān)鍵部件，可以說，離開了電機就談不上汽車的現(xiàn)代化。一輛超豪華轎車上，各種不同用途的電機達70余臺，其中絕大多數(shù)是低壓永磁直流微電機。我國已有多家企業(yè)批量生產(chǎn)鐵氧體永磁和錢鐵硼永磁的汽車、摩托車用起動機電動機。采用鉸鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后，可使起動機電動機的質(zhì)量減輕一半。