稀土永磁同步電機原理

　　電機優點編輯 播報由于稀土永磁材料的磁性能優異，它經過充磁后不再需要外加能量就能建立很強的永久磁場，用來替代傳統電機的電勵磁場所制成的稀土永磁電機不僅效率高，而且結構簡單、運行可靠，還可做到體積小、重量輕。既可達到傳統電勵磁電機所無法比擬的高性能（如特高效、特高速、特高響應速度），又可以制成能滿足特定運行要求的特種電機，如電梯曳引電機、汽車專用電機等。稀土永磁電機與電力電子技術和微機控制技術相結合，更使電機及傳動系統的性能提高到一個嶄新的水平。從而提高所配套的技術裝備的性能和水平，是電機行業調整產業結構的重要發展方向。

　　稀土永磁電機的應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空、航天、國防、裝備制造、工農業生產和日常生活的各個領域。它包括永磁同步電動機、永磁發電機、直流電動機、無刷直流電動機、交流永磁伺服電動機、永磁直線電機、特種永磁電機及相關的控制系統，幾乎覆蓋了整個電機行業。

　　工作原理編輯 播報稀土永磁電機的工作原理與電勵磁同步電機相同，區別在于前者是以永磁體替代勵磁繞組進行勵磁。當永磁電機的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入頻率為f的三相交流電后，將產生一個以同步轉速推移的旋轉磁場。穩態情況下，主極磁場隨著旋轉磁場同步轉動，因此轉子轉速亦是同步轉速，定子旋轉磁場恒與永磁體建立的主極磁場保持相對靜止，它們之間相互作用并產生電磁轉矩，驅動電機旋轉并進行能量轉換。

　　應用編輯 播報與傳統的電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結構簡單，運行可靠；體積小，質量輕；損耗小，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點。因而應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。下面介紹幾種典型永磁電機的主要特點及其主要應用場合。

　　稀土永磁發電機

　　永磁同步發電機與傳統的發電機相比不需要集電環和電刷裝置，結構簡單，減少了故障率。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機轉速提高到最佳值，提高功率質量比。當代航空、航天用發電機幾乎全部采用稀土永磁發電機。其典型產品為美國通用電氣公司制造的150kVA14極12000r/min～21000r/min和100 kVA60000r/min的稀土鈷永磁同步發電機。國內研發的第一臺稀土永磁電機即為3kW20000r/min的永磁發電機。

　　永磁發電機也用作大型汽輪發電機的副勵磁機，80年代我國研制成功當時世界容量最大的40kVA～160kVA稀土永磁副勵磁機，配備200MW～600MW汽輪發電機后大大提高電站運行的可靠性。

　　21世紀以來，獨立電源用的內燃機驅動小型發電機、車用永磁發電機、風輪直接驅動的小型永磁風力發電機正在逐步推廣。

　　高效同步電動機

　　永磁同步電動機與感應電動機相比，不需要無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數（可達到1，甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩定運行時沒有轉子銅耗，進而可以減小風扇（小容量電機甚至可以去掉風扇）和相應的風摩損耗，效率比同規格感應電動機可提高2～8個百分點。而且，永磁同步電動機在25%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數，使輕載運行時節能效果更為顯著。這類電機一般都在轉子上設置起動繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動的能力。21世紀10年代，主要應用在油田、紡織化纖工業、陶瓷玻璃工業和年運行時間長的風機水泵等領域。

　　我國自主開發的高效高起動轉矩釹鐵硼永磁同步電動機在油田應用中可以解決“大馬拉小車”問題，起動轉矩比感應電動機大50%～100%，可以替代大一個機座號的感應電動機，節電率在20%左右。

　　紡織化纖行業中負載轉動慣量大，要求高牽入轉矩。合理設計永磁同步電動機的空載漏磁系數、凸極比、轉子電阻、永磁體尺寸和定子繞組匝數可以提高永磁電機的牽入性能，促使它應用于新型的紡織和化纖工業。

　　大型電站、礦山、石油、化工等行業所用幾百千瓦和兆瓦級風機、泵類用電機是耗能大戶，21世紀10年代，所用電機的效率和功率因數較低，改用釹鐵硼永磁后不僅提高了效率和功率因數，節約能源，且為無刷結構，提高了運行的可靠性。1 120kW永磁同步電動機是世界上功率最大的異步起動高效稀土永磁電機，效率高于96.5%（同規格電機效率為95%），功率因數0.94，可以替代比它大1～2個功率等級的普通電動機。