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永磁電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)，特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。因而應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。下面介紹幾種典型永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)及其主要應(yīng)用場合。

稀土永磁發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比不需要集電環(huán)和電刷裝置，結(jié)構(gòu)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(jī)轉(zhuǎn)速提高到最佳值，提高功率質(zhì)量比。當(dāng)代航空、航天用發(fā)電機(jī)幾乎全部采用稀土永磁發(fā)電機(jī)。其典型產(chǎn)品為美國通用電氣公司制造的150 kVA 14 極 12 000 r/min～21 000 r/min和100 kVA 60 000 r/min的稀土鈷永磁同步發(fā)電機(jī)。國內(nèi)研發(fā)的第一臺(tái)稀土永磁電機(jī)即為3 kW 20 000 r/min的永磁發(fā)電機(jī)。

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永磁發(fā)電機(jī)也用作大型汽輪發(fā)電機(jī)的副勵(lì)磁機(jī)，80年代我國研制成功當(dāng)時(shí)世界容量最大的40 kVA～160 kVA稀土永磁副勵(lì)磁機(jī)，配備200 MW～600 MW汽輪發(fā)電機(jī)后大大提高電站運(yùn)行的可靠性。

目前，獨(dú)立電源用的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)小型發(fā)電機(jī)、車用永磁發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)的小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在逐步推廣。

高效永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，不需要無功勵(lì)磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)（可達(dá)到1，甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以減小風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可提高2～8個(gè)百分點(diǎn)。而且，永磁同步電動(dòng)機(jī)在25%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著。這類電機(jī)一般都在轉(zhuǎn)子上設(shè)置起動(dòng)繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動(dòng)的能力。目前主要應(yīng)用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運(yùn)行時(shí)間長的風(fēng)機(jī)水泵等領(lǐng)域。

我國自主開發(fā)的高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩釹鐵硼永磁同步電動(dòng)機(jī)在油田應(yīng)用中可以解決“大馬拉小車”問題，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)大50%～100%，可以替代大一個(gè)機(jī)座號的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，節(jié)電率在20%左右。

紡織化纖行業(yè)中負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，要求高牽入轉(zhuǎn)矩。合理設(shè)計(jì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載漏磁系數(shù)、凸極比、轉(zhuǎn)子電阻、永磁體尺寸和定子繞組匝數(shù)可以提高永磁電機(jī)的牽入性能，促使它應(yīng)用于新型的紡織和化纖工業(yè)。

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大型電站、礦山、石油、化工等行業(yè)所用幾百千瓦和兆瓦級風(fēng)機(jī)、泵類用電機(jī)是耗能大戶，而目前所用電機(jī)的效率和功率因數(shù)較低，改用釹鐵硼永磁后不僅提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源，且為無刷結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行的可靠性。

目前120kW永磁同步電動(dòng)機(jī)是世界上功率最大的異步起動(dòng)高效稀土永磁電機(jī)，效率高于96.5%（同規(guī)格電機(jī)效率為95%），功率因數(shù)0.94，可以替代比它大1～2個(gè)功率等級的普通電動(dòng)機(jī)。

交流伺服永磁電動(dòng)機(jī)和無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在越來越多地用變頻電源和交流電動(dòng)機(jī)組成交流調(diào)速系統(tǒng)來替代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動(dòng)機(jī)中，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)與電源頻率保持恒定的關(guān)系，使得它可直接用于開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。這類電機(jī)通常由變頻器頻率的逐步升高來起動(dòng)，在轉(zhuǎn)子上可以不設(shè)置起動(dòng)繞組，而且省去了電刷和換向器，維護(hù)方便。