基于电子技术下的永磁电机特性分析

李超

摘 要 随着高性能稀土材料技术的不断进步，稀土永磁同步电机的应用和推广也得到了长足发展。高效永磁电机具有调速精度高、调速比大、输出特性硬、运转平稳等特点，降低了系统成本，从而大大提高了各行业产品的制造工艺。

【关键词】稀土 永磁材料 同步电机

早在五十年代，美国GE公司就研制了一批数百瓦的永磁同步电动机，德国西门子也研究并推出了各种不同用途、性能良好的永磁同步电动机，七十年代后期就生产出了30千瓦的电机。随着新型永磁材料的大量使用，使得转子永磁体的剩余磁密、矫顽力、最大磁能积等性能有了很大的提高，在提高电机性能的同时减小了电机的体积。

1 永磁材料的发展

永磁材料根据成分可分为永磁铁氧体、铝镍钴系合金、铁铬钴系合金、稀土永磁材料。稀土永磁又可分为钴永磁材料与钕铁硼永磁材料。钴永磁材料的磁能积可达碳钢永磁的150多倍、铝镍钴永磁材料的3--5倍 ，永磁铁氧体的8～10倍， 更具有温度系数低、磁性稳定、矫顽力高达的优点。钕铁硼永磁材料为第三代稀土永磁材料，其剩磁、矫顽力和最大磁能积比钴永磁材料高，不易碎，有较好的机械性能，合金密度低，有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化。

2 永磁电机的磁路分析

2.1 永磁最佳工作点分析

如图1。

永磁体提供的磁能：

W=ΦDFD=BAmHhMP=（BH）Vm。

永磁体体积：Vm= 。

最大磁能工作点：A点在回复线中点：

最大磁能积：BrHc/2。

2.2 平行充磁和径向充磁的模拟

如图2。

平行充磁AB、CD段：Jsr=Jscos 。

平行充磁弧AD、BC段：Jsc=Jssinθ。

径向充磁AB、CD段：Jsr=Jr。

2.3 气隙磁密分布

如图3。

各段径向磁密：Brk= 。

节点处径向磁密：Bk=

3 永磁电机的拖动控制特性

永磁同步电动机由于应用了高磁能积的永磁材料，其电动机的运行过程将比异步电动机具有不定的特性，该电动机一般也制成与异步电动机相似的电动机，即电动机的定子与异步电动机一样，转子、高磁能的永磁材料。电机在起动过程中，其起动电流将比用铁氧体永磁同步电动机大，比异步电动机起动更大。原因是在起动过程中永磁体将发出电机的能量，电机起动时，不但消耗异步电机起动时的能量（产生空载起动电流），还将克服发电机的能量，因此它的起动电流是很大的。

永磁同步电动机的永磁转子，其磁场的分布是比较复杂的，在不同频段下，可能产生不同的高次波，如果此高次波与异步电动启动过程中产生的高次波叠加，在此情况下，反映在电流的大小上，其电流值一般将大于额定电流值，这种大电流往往就影响变频电源的最大工作电流的选择。

4 永磁电机的优势

永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机，在轻载时效率值要高很多。因为通常电机在驱动负载时，很少情况是在满功率运行，在实际运行的电机90%以上是工作在额定功率的70%以下，电机通常工作在轻载区。对异步电机来讲，其在轻载时效率很低，而永磁同步电机在轻载区，仍能保持较高的效率，其效率要高于异步电机20%以上。

同时，永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限制，在电机配套系统允许的情况下，可以将电机的极数设计的更高，相应电机的体积可以做得更小，电机的直接材料成本更低。

5 结束语

永磁同步电机是众多高新技术和高新技术产业的基础，它与电子技术和微电子控制技术相结合，可以制造出许多新型的、性能优异的机电一体化产品和装备。近几年随着设备装备的不断提高，对永磁电机控制精度也在不断提升，电机生产厂家随之与变频器厂家不断努力深化合作，正向着着提供机电一体化解决方案的服务商方向迈进。

参考文献

[1]王秀和.永磁电机[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]唐任远.现代永磁电机[M].北京：机械工业出版社，2005.

作者单位

山东钢铁集团日照有限公司 山东省临沂市 276000