日期：2022-07-29 13:56:55瀏覽量：83142
減速電機(jī)控制采用永磁體生成電機(jī)的磁場(chǎng)，不需要?jiǎng)?lì)磁線圈或勵(lì)磁電流，效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一種良好的節(jié)能電機(jī)。隨著高性能永磁材料的出現(xiàn)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，減速電機(jī)控制的應(yīng)用將變得更加廣泛。
減速電機(jī)控制的發(fā)展與永磁材料的發(fā)展密切相關(guān)。中國(guó)是世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)永磁材料的磁性特性并將其應(yīng)用于實(shí)踐的國(guó)家。2000多年前，中國(guó)利用永磁材料的磁性特性制作了一個(gè)指南針.軍事等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，成為中國(guó)古代四大發(fā)明之一。
19世紀(jì)20年代出現(xiàn)的世界上第一臺(tái)電機(jī)是永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的減速電機(jī)控制。但當(dāng)時(shí)使用的永磁材料是天然磁鐵礦石（Fe3O4)，磁能密度很低，由其制成的電機(jī)體積巨大，很快被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。
隨著各種電機(jī)的快速發(fā)展和電流充電器的發(fā)明，永磁材料的機(jī)理.深入研究了組成和制造技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了碳鋼.鎢鋼(最大磁能2).7kJ/m3）.最大磁能積7.2kJ/m3)各種永磁材料。尤其是20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁(最大磁能積可達(dá)85kJ/m3)和鐵氧體永磁(最大磁能積累可達(dá)到40kJ/m3)，磁性能有了很大的提高，各種微型和小型電機(jī)都使用了永磁體勵(lì)磁。減速電機(jī)控制的功率從幾毫瓦到幾十千瓦不等. 減速電機(jī)控制廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活，產(chǎn)量急劇增加。因此，在此期間，減速電機(jī)控制的設(shè)計(jì)理論.計(jì)算方法.充磁和制造技術(shù)也取得了突破，形成了以永磁體工作圖解法為代表的一套分析研究方法。但是，鋁鎳鈷永磁的矯頑力較低(36~160)kA/m），鐵氧體永磁密度不高(0).2～0.44T），限制其在電機(jī)中的應(yīng)用范圍。直到20世紀(jì)60年代和80年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼永磁(統(tǒng)稱稀土永磁)相繼出現(xiàn)，其高剩磁密度相繼出現(xiàn).高矯頑力.高磁能積和線性退磁曲線的優(yōu)異磁性特別適用于電機(jī)的制造，使減速電機(jī)控制的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。
與傳統(tǒng)的勵(lì)磁電機(jī)相比，減速電機(jī)控制，特別是稀土減速電機(jī)控制減速電機(jī)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠，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。因此，應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎遍布航空航天.國(guó)防.各個(gè)領(lǐng)域的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活。下面介紹幾種典型減速電機(jī)控制及其主要應(yīng)用的主要特點(diǎn)。
1.與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相比，永磁同步發(fā)電機(jī)不需要集電環(huán)和電刷裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了故障率。使用稀土永磁鐵后，還可以增加氣隙磁密度，將電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到最佳值，提高功率質(zhì)量比。當(dāng)代航空.幾乎所有的航空航天發(fā)電機(jī)都使用稀土永磁發(fā)電機(jī)。其典型產(chǎn)品由美國(guó)通用電氣氣公司生產(chǎn)的150kVA14極12000r/min～21000r/min和100kVA60000r/min稀土鈷永磁同步發(fā)電機(jī)。中國(guó)開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)稀土減速電機(jī)控制是3kW20000r/min永磁減速電機(jī)控制發(fā)電機(jī)。
永磁發(fā)電機(jī)也被用作大型汽輪發(fā)電機(jī)的輔助勵(lì)磁機(jī)。20世紀(jì)80年代，中國(guó)成功發(fā)展了世界上最大的40臺(tái)發(fā)電機(jī)kVA～160kVA配備2000稀土永磁副勵(lì)磁機(jī)MW～600MW大大提高了汽輪發(fā)電機(jī)后電站運(yùn)行的可靠性。
目前，內(nèi)燃機(jī)用于獨(dú)立電源驅(qū)動(dòng)小型發(fā)電機(jī).汽車永磁發(fā)電機(jī).小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)，正在逐步推廣。
2.與感應(yīng)電機(jī)相比，高效永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，可顯著提高功率因數(shù)（可達(dá)到1，甚至可容性），降低定子電流和定子電阻損耗，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)子銅消耗，從而減少風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去除風(fēng)扇）和相應(yīng)的空氣摩擦損耗，其效率可比同規(guī)格感應(yīng)電機(jī)提高2~8個(gè)百分點(diǎn)。此外，永磁同步電機(jī)可以在25%~120%的額定負(fù)載范圍內(nèi)保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運(yùn)行時(shí)的節(jié)能效果更加顯著。這種電機(jī)通常在轉(zhuǎn)子上設(shè)置起動(dòng)繞組，并能在一定頻率和電壓下直接起動(dòng)。目前，它主要用于油田.紡織化纖工業(yè).陶瓷玻璃行業(yè)和風(fēng)機(jī)水泵年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。
在油田應(yīng)用中，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的高效高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩釹鐵硼永磁同步電機(jī)可以解決“大馬拉小車”問(wèn)題是，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比感應(yīng)電機(jī)大50%~100%，可以代替大一個(gè)座號(hào)的感應(yīng)電機(jī)，節(jié)電率約為20%。
紡織化纖行業(yè)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，需要高牽引力矩。合理設(shè)計(jì)永磁同步電機(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)可以提高減速電機(jī)控制的牽引性能，促使其應(yīng)用于新型紡織和化纖行業(yè)。
大型電站.礦山.石油.化工等行業(yè)使用的數(shù)百千瓦和兆瓦風(fēng)機(jī).泵電機(jī)是一個(gè)能耗大的家庭，目前使用的電機(jī)效率和功率因數(shù)較低。采用釹鐵硼永磁不僅提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)約了能源，而且具有無(wú)刷結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行的可靠性。目前1120kW永磁同步電機(jī)是世界上最大的異步啟動(dòng)高效稀土減速電機(jī)控制，效率高于96.5%(同規(guī)格電機(jī)效率為95%).94，可以代替比它大1~2個(gè)功率等級(jí)的普通電機(jī)。3.交流伺服減速電機(jī)控制和無(wú)刷直流減速電機(jī)控制現(xiàn)在越來(lái)越多地使用變頻電源和交流電機(jī)來(lái)取代直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動(dòng)機(jī)中，永磁同步電動(dòng)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，使其能夠直接用于開(kāi)環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。這種類型的電機(jī)通常是由變頻器頻率逐漸增加而起動(dòng)的，在轉(zhuǎn)子上不能設(shè)置起動(dòng)繞組，而且省去了電刷和換向器，維護(hù)方便。
變頻器提供的永磁同步電機(jī)和轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成了自同步減速電機(jī)控制，不僅具有電勵(lì)磁直流電機(jī)的優(yōu)良調(diào)速性能，而且實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷，主要用于高控制精度和高可靠性，如航空.航天.數(shù)控機(jī)床.加工中心.機(jī)器人.電動(dòng)汽車.計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等。
已經(jīng)研制成寬調(diào)速范圍.釹鐵硼永磁同步電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高恒定功率調(diào)速比，調(diào)速比高達(dá)1:22500，極限速達(dá)到9000r/min。高效的永磁同步電機(jī).小振動(dòng).低噪聲.電動(dòng)汽車具有高扭矩密度的特點(diǎn).機(jī)床等驅(qū)動(dòng)裝置是最理想的電機(jī)。
隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)家用電器的要求越來(lái)越高。例如，家用空調(diào)不僅是一個(gè)很大的功耗，也是噪聲的主要來(lái)源。其發(fā)展趨勢(shì)是使用能夠無(wú)級(jí)調(diào)速的永磁無(wú)刷直流電機(jī)。它不僅可以根據(jù)室溫的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)到合適的速度，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，降低噪音和振動(dòng)，使人感覺(jué)更舒適，而且比不調(diào)速的空調(diào)節(jié)電1/3。其他如冰箱.洗衣機(jī).除塵器.風(fēng)機(jī)等也逐漸轉(zhuǎn)向無(wú)刷直流電機(jī)。
4.永磁直流電機(jī)DC電機(jī)采用永磁勵(lì)磁后，不僅保留了DC電機(jī)良好的調(diào)速特性和機(jī)械特性，而且由于省略了勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁損耗，結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單.體積小.用銅量少.高效率的特點(diǎn)。因此，從家用電器.便攜式電子設(shè)備.永磁直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具的精密速度和位置傳動(dòng)系統(tǒng)，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。5000W以下微型直流電機(jī)中，減速電機(jī)控制占92%，而10%W以下減速電機(jī)控制占99%以上。
目前，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速。汽車工業(yè)是減速電機(jī)控制的最大用戶。電機(jī)是汽車的關(guān)鍵部件。在一輛超級(jí)豪華汽車中，有70多臺(tái)不同用途的電機(jī)，其中大部分是低壓永磁直流微電機(jī)。.摩托車用起動(dòng)機(jī)電機(jī)，采用釹鐵硼永磁和減速行星齒輪，可使起動(dòng)機(jī)電機(jī)質(zhì)量降低一半。
減速電機(jī)控制的分類
減速電機(jī)控制種類繁多。根據(jù)電機(jī)的功能大致可以分為永久電機(jī)
