永磁同步电动机的应用前景

    一、

 

概述

    众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，
这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、
动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在 70 年代前的很长时间里，在有调速、
控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁
绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。
直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢
绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电
动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，
使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的
电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、
转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高

 

速度、大容量的发展。

    在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具
有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调
速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，
故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的
场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，

 

无形中损失了大量电能。

    过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下
自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可
解决同步电动机的起动和调速问题，但在 70 年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。
所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有

 

同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。

    自 70 年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因

 

有：

    1  

 

、 高性能永磁材料的发展

    永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又
有第一代钐钴 1：5，第二代钐钴 2：17 和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成
功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能
力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体
磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，
其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有