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什么是永磁电机？ 永磁电动机


什么是永磁电机？ 永磁电动机

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永磁电机(什么是永磁电机？)
永磁电机采用永磁体生成电机的磁场，无需励磁线圈也无需励磁电流，效率高结构简单，是很好的节能电机，随着高性能永磁材料的问世和控制技术的迅速发展．永磁电机的应用将会变得更为广泛 。
永磁体的发展历史
永磁体的发展与永磁体的发展密切相关 。中国是世界上第一个发现永磁体磁性并应用于实践的国家 。两千多年前，中国利用永磁体的磁性制成了指南针，在航海、军事等领域发挥了巨大作用，成为中国古代四大发明之一 。
在19世纪20年代，世界上第一台电机是永磁电机，它通过永磁体产生励磁磁场 。但当时使用的永磁材料是天然磁铁矿(Fe3O4)，磁能密度很低 。用它制成的马达体积庞大，很快就被电励磁马达取代 。
随着各类电机的快速发展和电流磁化器的发明，人们对永磁材料的机理、成分和制造工艺进行了深入研究，先后发现了碳钢、钨钢(最大磁能积约为2.7 kJ/m3)、钴钢(最大磁能积约为7.2 kJ/m3)等永磁材料 。特别是在30年代，50年代出现了铝镍钴永磁体(最大磁能积可达85 kJ/m3)和铁氧体永磁体(最大磁能积可达40 kJ/m3) 。磁性能有了很大提高，各种微小型电机都使用了永磁体励磁 。永磁体的功率从毫瓦到几十千瓦不等，广泛应用于军事、工农业生产和日常生活中，产量急剧增加 。相应地，这一时期永磁电机的设计理论、计算方法、充磁和制造技术都取得了突破，形成了一套以永磁工作图图示法为代表的分析研究方法 。但Al-Ni-Co永磁体矫顽力较低(36 ~ 160 kA/m)，铁氧体永磁体的剩磁密度不高(0.2~0.44 T)，限制了其在电机中的应用 。直到上世纪六八十年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁(两者都称为稀土永磁)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良磁性特别适合制造电机，从而使永磁电机的发展进入了一个新的历史时期 。
永磁电机的特点及应用
与传统的电励磁电机相比，永磁电机尤其是稀土永磁电机结构简单，运行可靠 。体积小，重量轻；低损耗、高效率；电机的形状和尺寸可以是灵活多样的 。因此应用范围极其广泛，几乎遍及航空空航天、国防、工农业生产和日常生活等领域 。下面介绍几种典型永磁电机的主要特点和应用 。
1.与传统发电机相比，稀土永磁同步发电机不需要滑环和电刷装置，结构简单，故障率降低 。稀土永磁体还可以增加气隙磁密，提高电机转速到最佳值，提高功率质量比 。稀土永磁发电机几乎全部用于当代航空空和航天发电机 。其典型产品为美国通用电气公司生产的150 kVA 14极12 000 r/min ~ 21 000 r/min和100 kVA 60 000 r/min稀土钴永磁同步发电机 。我国研制的第一台稀土永磁电机是一台3 kW 20 000 r/min的永磁发电机 。
永磁发电机也用作大型涡轮发电机的辅助励磁器 。20世纪80年代，我国成功研制了世界上最大的容量为40千伏安~160千伏安的稀土永磁辅助励磁机，并配备了200兆瓦~ 600兆瓦的汽轮发电机，大大提高了电站运行的可靠性 。
目前，内燃机驱动的小型发电机、车用永磁发电机、风轮直接驱动的小型永磁风力发电机正在逐步普及 。
2.高效永磁同步电机与感应电机相比，永磁同步电机不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数(最高可达1甚至容性)，降低定子电流和定子电阻损耗，稳定运行时没有转子铜损，从而降低风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩擦损耗 。与同规格感应电机相比，效率可提高2 ~ 8个百分点 。而且永磁同步电机在25% ~ 120%的额定负载范围内都能保持较高的效率和功率因数，使得轻载运行时节能效果更加显著 。这种电机一般在转子上装有起动绕组，具有在一定频率和电压下直接起动的能力 。目前主要用于油田、纺织化纤行业、陶瓷玻璃行业、年运转时间长的风机和泵等 。
我国自主研发的高效率、高起动转矩的钕铁硼永磁同步电动机，可以解决油田应用中的“大马拉大车”问题 。起动转矩比感应电机大50% ~ 100%，可替代基数更大的感应电机，节电率20%左右 。
在纺织行业，负载转动惯量大，要求牵引力矩大 。合理设计永磁同步电机的空漏磁系数、凸极比、转子电阻、永磁体尺寸和定子绕组数，可以提高永磁电机的牵引性能，促进其在新型纺织和化纤行业的应用 。
大型电站、矿山、石油、化工等行业使用的风机和水泵是耗能大户，但目前使用的电机效率和功率因数较低 。使用钕铁硼永磁体不仅提高了效率和功率因数，节约了能源，而且具有无刷结构，提高了运行的可靠性 。1 120kW永磁同步电机是目前世界上功率最大的异步起动高效稀土永磁电机 。其效率高于96.5%(同规格电机效率为95%)，功率因数为0.94，可替代比其大1 ~ 2个功率等级的普通电机 。3.交流伺服永磁电机和无刷DC永磁电机现在越来越多的采用变频电源和交流电机组成交流调速系统来代替DC电机调速系统 。在交流电机中，永磁同步电机在稳定运行时转速与电源频率保持恒定关系，因此可以直接用于开环变频调速系统 。这种电机通常是通过逐渐提高变频器的频率来启动的 。不需要在转子上设置起动绕组，省略了电刷和换向器，维修方便 。


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