西林叉車之——永磁同步電機的驅動控制技術（
作者：西林叉車 時間：【 2019-12-14】 文章來源：
? ? 西林叉車之——永磁同步電機的驅動控制技術（2）
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3、永磁同步電機的應用 高性能永磁材料的發展為永 磁電機的研制和推廣應用開辟了 一個十分廣闊的空間。近年來，永 磁電機在國內外發展迅速，已在航 天航空、石油機械、工程機械、國防 等領域得到應用，功率從幾千瓦到 數兆瓦，在其中一些領域與已形成 規模化生產。 (1)高精度伺服控制系統 隨著自動控制理論和現代科 學技術的飛速發展，伺服系統在許 多高科技領域得到了非常廣泛的 應用，如激光加工、機器人、數控機 床、大規模集成電路制造、辦公自 動化設備、雷達和各種軍用武器隨 動系統以及柔性制造系統等等。經 過幾十年的發展，交流伺服系統逐 漸取代直流伺服系統，成為伺服系 統的主流。作為交流伺服系統的執 行機構，交流伺服電機應盡可能體 積小，重量輕，力矩大，并以準確、 快速的動作完成指令要求的任務。 永磁同步電機轉矩穩態控制精度 高、動態響應迅速，并且電機的轉 動慣量可以做到比較小，這些都有 利于精密控制系統的事項驅動。在 工作狀態上永磁同步電機可以帶 負載轉矩直接起動，并且可以實現 低速下大轉矩穩定運行，同時還具 有很強的環境適應性，使得其在各 種傳動系統特別是在中小容量的 伺服系統中得到了廣泛的應用。目 前，永磁同步電機交流伺服系統在 技術上已經趨于完全成熟，不僅具 備了十分優良的低速性能，并可實 現弱磁高速控制，拓寬了系統的調 速范圍，能夠適應高性能伺服驅動 的要求。隨著永磁材料性能的大幅 度提高和價格的進一步降低，其在 工業生產自動化領域中的應用將 更加廣泛。 (2)電動汽車 進入 21 世紀以來，受到全球 石油危機的影響以及各國對環境 保護的日益重視，對采用新型能源 的電動汽車的研究開發得到全球 各大企業和科研單位的普遍重視 和廣泛關注。電動汽車的特點有： 效率高，比傳統燃油汽車高出近 50%以上；噪聲低，僅為傳統汽車噪 音的 25%；無尾氣排放，具有良好 的環境保護效果；排放的廢熱少， 可以有效減輕城市 “熱島效應”； 可回收利用的能量多；可以改善能 源結構，解決汽車的能源替代問 題；結構簡單，使用維護方便等。在 各種電動車驅動電機中，永磁同步 電動機是發展方向之一。電動汽車 對其驅動電機的效率、尺寸、質量 均有較高的要求。永磁同步電動機 具有高效率、大轉矩密度、高控制 精度、寬調速范圍、低振動噪聲等 特點，通過合理設計轉子磁路結構 能達到較高的弱磁性及磁阻轉矩 的可利用性，使其在電動汽車特別 是高檔電動汽車驅動方面具有很 高的應用價值，吸引眾多學者對其 研究開發，無論是在電機的本體設 計還是在電機的控制技術上，都取 得了很大的成果。 (3)風力發電 永磁同步電機在風力發電領 域也有著大量的應用，目前市場上 主流的變速恒頻風力發電機組主 要有如下兩種機型：雙饋式風力發 電機組和永磁直驅式風力發電機 組。永磁直驅型風力發電系統采用 風輪直接驅動多極低速永磁同步 發電機，通過功率變換器將電能轉 換后并入電網，省去了雙饋風力發 電系統中昂貴且故障率較高的齒 輪箱。傳動系統部件的減少提高了 系統的可靠性和能量的轉換效率， 降低了風電發電機組的運行和維 護成本，縮短了整機的生產周期； 其次，轉子為永磁體，不需要外部 提供勵磁電源，發電機運行效率 高，不存在滑環和電刷，可顯著提 高機組可靠性；再者，發電機通過 全功率變流裝置接入電網，可實現 機側變流器和網側變流器對有功、 無功功率的靈活控制；發電機定子 不是直接與電網相連接，使發電機 與電網之間的相互影響減少，若出 現電網故障對發電機的損害較小。 這些優點促使直驅型風電機組越 來越受到廣泛的關注，成為風力發 電技術最具潛力的發展方向之一。 (4)電梯曳引系統 在傳統的電梯曳引技術中，異 步電機加減速機構的有齒輪間接 驅動系統被長期廣泛采用。這種有 齒輪驅動系統存在著材料消耗大、 運行效率低以及維護繁、噪聲大等 缺點。相比傳統有齒輪驅動的電梯 系統，采用永磁同步電動機的電梯 系統占用空間緊湊、電機操控簡 單、控制精度高，且電機可以實現 大負載的低速直接驅動運行，無需 齒輪箱，電梯的啟停十分平穩，整 體噪聲低，運行舒適性高。用在電 梯曳引驅動系統中的永磁同步電 機一般采用多極結構，以便具有低 速大轉矩的性能。采用多極結構對 于異步電動機會降低其功率因數 和效率，而不論極數多少，永磁同 步電動機都能獲得很高的功率因 數和效率。對于永磁同步電機當負 載轉矩發生變化時只需調整電機 的功角即能獲得快速的轉矩響應， 相比異步電機有著更強的轉矩抗 擾動的能力。 (5)船舶電力推進 傳統船舶推進方式采用柴油 機帶動螺旋槳推動船舶前進，柴油 機一般都是低速柴油機，柴油機的 轉速需要根據船舶的運行快慢而 改變，其運行效率比較低。隨著電 力電子技術的進步逐步發展出了 綜合電力推進系統，其主要特點 是：效率高，油耗低，對環境污染 小；設備體積小，結構緊湊，艙內空 間布置靈活；船艙噪聲小，振動低； 船舶操作性、靈活性明顯提高。另 外，電力推進船舶還有全船自動化 程度高、所需定員少、建造周期短、 全壽命周期費用低等優點。在電力 推進系統的研究和開發領域中，永 磁同步電機以其體積小、重量輕、 效率高、轉動慣量小，可靠性高等 優點使艦船的作戰能力及續航能 力得到了很大的提高，目前已成為 國內外船舶設計者和推進技術專 家的研究焦點。 永磁同步電機除了在高精伺 服、電動汽車、風力發電等領域得 到廣泛應用外，在航天航空、電力 機車牽引等領域都有著很好應用 前景。隨著新型永磁材料的進一步 發展、電機制造工藝和控制技術的 不斷提高，永磁同步電機在電力傳 動領域的應用將會越來越廣泛。
未完待續
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