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高性能永磁材料的發(fā)展
最近更新時間：2010-11-14
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永磁材料近年來的開發(fā)很快，現(xiàn)有鋁鎳鈷、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又有*代釤鈷1：5，第二代釤鈷2：17和第三釹鐵硼。鋁鎳鈷是本世紀(jì)三十年代研制成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應(yīng)強度高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但它矯頑力低，抗退磁能力差，而且要用貴重的金屬鈷，成本高，這些不足大大限制了它在電機中的應(yīng)用。鐵氧體磁體是本世紀(jì)五十年代初開發(fā)的永磁材料，其zui大的特點是價格低廉，有較高的矯頑力，其不足是剩磁感應(yīng)強度和磁能積都較低。釤鈷稀土永磁材料在六十年代中期問世，它具有鋁鎳鈷一樣高的剩磁感應(yīng)強度，矯頑力比鐵氧體高，但釤稀土材料價格較高。80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)，它具有高的剩磁感應(yīng)強度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點特別適合在電機中使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點低，容易氧化生銹而需涂復(fù)處理。經(jīng)過這幾年的不斷改進(jìn)提高，這些缺點大多已經(jīng)克服，現(xiàn)釹鐵硼永磁材料zui高的工作溫度已可達(dá)180℃，一般也可達(dá)150℃，已足以滿足絕大多數(shù)電機的使用要求。表1是各種永磁材料性能比較。
表1各種永磁材料的性能比較
| 永磁材料 | 剩磁（T）Br（T） | 矯頑力HcB（KA/m） | 內(nèi)稟矯頑力Hcj（KA/m） | zui大磁能積（BH）m（KJ/m3） | 剩磁可逆溫度系數(shù)αB（%C） | 居里溫度Tc8（C） |
| 中等水平釹鐵硼`` | 1.26 | 967 | 955 | 310 | -0.12 | 350 |
| 較高水平的釤鈷 | 1.00 | 746 | 766 | 210 | -0.03 | 850 |
| zui高水平鋁鎳鈷 | 1.08 | 120 | 800 | 85 | -0.02 | 850 |
| zui高水平的鐵氧體 | 0.41 | 300 | 325 | 32 | -0.18 | 450 |
永磁材料的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機的開發(fā)應(yīng)用。在同步電動機中用永磁體取代傳統(tǒng)的電激磁磁極的好處是：
用永磁體替代電激磁磁極，簡化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積；
省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發(fā)熱。
當(dāng)今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。
2、電力電子技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了永磁同步電動機的開發(fā)應(yīng)用。
電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。自58年世界上*個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了*代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件（大功率晶體管GTR、可關(guān)斷晶閘管GTO、功率場效應(yīng)管MOSFET）的三代復(fù)合場控器件（絕緣柵功率晶體管IGBT、靜電感應(yīng)式晶體管SIT、MOS控制的晶體管MCT等）直至90年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路IPM。半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大降低，控制電路日趨，它極大地推動了各類電機的控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，可將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率連續(xù)可調(diào)的變頻電源，這就為交流電機的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設(shè)定后都有軟起動功能，頻率會以一定速率從零上升設(shè)定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調(diào)整，這對同步電動機而言就是解決了起動問題。對的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)的*的功率環(huán)節(jié)。
3、 規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展*改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制
集成電路和計算機技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，它不僅是高新電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，又是不少傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造基礎(chǔ)。它們的飛速發(fā)展促進(jìn)了電機控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。
70年代人們對交流電機提出了矢量控制的概念。這種理論的主要思想是將交流電機電樞繞組的三相電流通過坐標(biāo)變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動機來控制，可獲得與直流電動機一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。這種控制方法已經(jīng)成熟，并已成功地在交流伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用。因為這種方法采用了坐標(biāo)變換，所以對控制器地運算速度、數(shù)據(jù)處理能力，控制地實時性和控制精度等提出了很高的要求，單片機往往都不能滿足要求。近年來各種集成化的數(shù)字信號處理器（DSP）發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的DSP。集成電路和計算技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術(shù)起到了重要的推動作用。