同步電機(jī)之調(diào)速永磁同步電動機(jī)和無刷直流電動機(jī)

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(jī)組成交流調(diào)速系統(tǒng)來替代直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動機(jī)中，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定運(yùn)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(jī)要求準(zhǔn)確同步的傳動系統(tǒng)中，這可以簡化控制系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)無刷運(yùn)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(yīng)用越來越廣泛。這類電機(jī)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(jī)（見圖13 )，用于艦船的推進(jìn)。與過去使用的直流電動機(jī)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(hù)方便。變頻器供電的永磁同步電動機(jī)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(jī)，既具有電勵磁直流電動機(jī)的優(yōu)異調(diào)速性能，又實(shí)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(jī)床、加工中心、機(jī)器人、電動汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)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(jī)，通常又稱為無刷

直流電動機(jī)；反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的電動機(jī)，稱為正弦波永磁同步電動機(jī)，簡稱永磁同步電動機(jī)。美國制成驅(qū)動航天飛機(jī)升降副翼用的12 . 6kw 、 g000r / min稀土永磁無刷直流電動機(jī)，效率為95洲，僅重765kg 。法國開發(fā)的lookw無刷直流電動機(jī)，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(jī)床用的稀土永磁無刷直流電動機(jī)，調(diào)速比高達(dá)1 :10000 。

    電動汽車是當(dāng)前汽車發(fā)展的新方向，一些發(fā)達(dá)國家每年均投入大量經(jīng)費(fèi)用于研制和開發(fā)，其中電機(jī)和傳動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，稀土永磁電機(jī)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(jī)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(jī)。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(yùn)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(jī)、除塵器、風(fēng)扇等也在逐步改用無刷直流電動機(jī)。

2.永磁直流電動機(jī)

直流電動機(jī)采用永磁勵磁后，既保留了電勵磁直流電動機(jī)良好的調(diào)速特性和機(jī)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(diǎn)。圖1一5為永磁直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。功率在300W以內(nèi)時，永磁直流電動機(jī)的效率比同規(guī)格電勵磁直流電動機(jī)的高10％一20 %．而且，電機(jī)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(jī)的優(yōu)點(diǎn)尤為突出。采用鐵氧體永磁時總成本一般比電勵磁電機(jī)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(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、錄像機(jī)等）都大量應(yīng)用永磁直流電動機(jī)。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，500W以下的型直流電動機(jī)中，永磁電機(jī)占92 %，而low以下的永磁電機(jī)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(jī)系列，與同規(guī)格的電勵磁直流電動機(jī)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(jī)的最大用戶。汽車用電機(jī)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(jī)正好能滿足這些要求，有的價格也最便宜。電機(jī)是汽車的關(guān)鍵部件，可以說，離開了電機(jī)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(jī)達(dá)70余臺，其中絕大多數(shù)是低壓永磁直流微電機(jī)。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(jī)電動機(jī)。采用鉸鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后，可使起動機(jī)電動機(jī)的質(zhì)量減輕一半。