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永磁同步電動機在現代工業中的應用
最近更新時間：2010-11-14
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詳細介紹：
現代工農業中的驅動電機常用的有交流異步電動機、有刷直流電動機和永磁同步電動機（包括無刷直流電動機）三大類，它們的綜合特性比較見表2。
| | 機械特性 | 過載能力 | 可控性 | 平穩性 | 噪聲 | 電磁干擾 | 維修性 | 壽命 | 體積 | 效率 | 成本 |
| 交流異步電動機 | 軟 | 小 | 難 | 較差 | 較大 | 小 | 易 | 長 | 大 | 低 | 低 |
| 有刷直流電動機 | 軟 | 大 | 易 | 較好 | 大 | 嚴重 | 難 | 短 | 較小 | 高 | 較高 |
| 永磁同步電動機（包括無刷直流電動機） | 硬 | 大 | 易 | 好 | 小 | 小 | 易 | 長 | 小 | 高 | 較高 |
按照不同的工農業生產機械的要求，電機驅動又分為定速驅動、調速驅動和精密控制驅動三類。
1、 定速驅動
工農業生產中有大量的生產機械要求連續地以大致不變的速度單方向運行，例如風機、泵、壓縮機、普通機床等。對這類機械以往大多采用三相或單相異步電動機來驅動。異步電動機成本較低，結構簡單牢靠，維修方便，很適合該類機械的驅動。但是，異步電動機效率、功率因數低、損耗大，而該類電機使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費了。其次，工農業中大量使用的風機、水泵往往亦需要調節其流量，通常是通過調節風門、閥來完成的，這其中又浪費了大量的電能。70年代起，人們用變頻器調節風機、水泵中異步電動機轉速來調節它們的流量，取得可觀的節能效果，但變頻器的成本又限制了它的使用，而且異步電動機本身的低效率依然存在。
例如，家用空調壓縮機原先都是采用單相異步電動機，開關式控制其運行，噪聲和較高的溫度變化幅度是它的不足。90年代初，日本東芝公司首先在壓縮機控制上采用了異步電動機的變頻調速，變頻調速的優點促進了變頻空調的發展。近年來日本的日立、三洋等公司開始采用永磁無刷電動機來替代異步電動機的變頻調速，顯著提高了效率，獲得更好的節能效果和進一步降低了噪聲，在相同的額定功率和額定轉速下，設單相異步電動要的體積和重量為100%，則永磁無刷直流電動機的體積為38.6%，重量為34.8%，用銅量為20.9%，用鐵量為36.5%，效率提高10%以上，而且調速方便，價格和異步電動機變頻調速相當。永磁無刷直流電動機在空調中的應用促進了空調劑的升級換代。
再如儀器儀表等設備上大量使用的冷卻風扇，以往都采用單相異步電動機外轉子結構的驅動方式，它的體積和重量大，效率低。近年來它已經*被永磁無刷直流電動機驅動的無刷風機所取代。現代迅速發展的各種計算機等信息設備上更是無例外地使用著無刷風機。這些年，使用無刷風機已形成了完整的系列，品種規格多，外框尺寸從15mm到120mm共有12種，框架厚度有6mm到18mm共7種，電壓規格有直流1.5V、3V、5V、12V、24V、48V，轉速范圍從2100rpm到14000rpm，分為低轉速、中轉速、高轉速和超高轉速4種，壽命30000小時以上，電機是外轉子的永磁無刷直流電動機。
近年來的實踐表明，在功率不大于10kW而連續運行的場合，為減小體積、節省材料、提率和降低能耗等因素，越來越多的異步電動機驅動正被永磁無刷直流電動機逐步替代。而在功率較大的場合，由于一次成本和投資較大，除了永磁材料外，還要功率較大的驅動器，故還較少有應用。
2、 調速驅動
有相當多的工作機械，其運行速度需要任意設定和調節，但速度控制精度要求并不非常高。這類驅動系統在包裝機械、食品機械、印刷機械、物料輸送機械、紡織機械和交通車輛中有大量應用。
在這類調速應用領域zui初用的zui多的是直流電動機調速系統，70年代后隨電力電子技術和控制技術的發展，異步電動機的變頻調速迅速滲透到原來的直流調速系統的應用領域。這是因為一方面異步電動機變頻調速系統的性能價格*可與直流調速系統相媲美，另一方面異步電動機與直流電動機相比有著容量大、可靠性高、干擾小、壽命長等優點。故異步電動機變頻調速在許多場合迅速取代了直流調速系統。
交流永磁同步電動機由于其體積小、重量輕、節能等一系列優點，越來越引起人們重視，其控制技術日趨成熟，控制器已產品化。中小功率的異步電動機變頻調速正逐步為永磁同步電動機調速系統所取代。電梯驅動就是一個典型的例子。電梯的驅動系統對電機的加速、穩速、制動、定位都有一定的要求。早期人們采用直流電動機調速系統，其缺點是不言而喻的。70年代變頻技術發展成熟，異步電動機的變頻調速驅動迅速取代了電梯行業中的直流調速系統。而這幾年電梯行業中驅動技術就是永磁同步電動機調速系統，其體積小、節能、控制性能好、又容易做成低速直接驅動，消除齒輪減速裝置；其低噪聲、平層精度和舒適性都優于以前的驅動系統，適合在無機房電梯中使用。永磁同步電動機驅動系統很快得到各大電梯公司青睞，與其配套的變頻器系列產品已有多種牌號上市。可以預見，在調速驅動的場合，將會是永磁同步電動機的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步電動機產品相配的變頻控制器，功率從0.4kW～300kW,體積比同容量異步電動機小1～2個機座號，力能指標明顯高于異步電動機，可用于泵、運輸機械、攪拌機、卷揚機、升降機、起重機等多咱場合。
3、 精密控制驅動
① 高精度的伺服控制系統
伺服電動機在工業自動化領域的運行控制中扮演了十分重要的角色，應用場合的不同對伺服電動機的控制性能要求也不盡相同。實際應用中，伺服電動機有各種不同的控制方式，例如轉矩控制/電流控制、速度控制、位置控制等。伺服電動機系統也經歷了直流伺服系統、交流伺服系統、步進電機驅動系統，直至近年來zui為引人注目的永磁電動機交流伺服系統。zui近幾年進口的各類自動化設備、自動加工裝置和機器人等絕大多數都采用永磁同步電動機的交流伺服系統。
② 信息技術中的永磁同步電動機
當今信息技術高度發展，各種計算機外設和辦公自動化設備也隨之高度發展，與其配套的關鍵部件微電機需求量大，精度和性能要求也越來越高。對這類微電機的要求是小型化、薄形化、高速、長壽命、高可靠、低噪聲和低振動，精度要求更是特別高。例如，硬盤驅動器用主軸驅動電機是永磁無刷直流電動機，它以近10000rpm的高速帶動盤片旋轉，盤片上執行數據讀寫功能的磁頭在離盤片表面只有0.1～0.3微米處作懸浮運動，其精度要求之高可想而知了。信息技術中各種設備如打印機、軟硬盤驅動器、光盤驅動、傳真機、復印機等中所使用的驅動電機絕大多數是永磁無刷直流電動機。受技術水平限制，這類微電機目前國內還不能自己制造，有部分產品在國內組裝。
四、 永磁同步電動機的應用前景
由于電子技術和控制技術的發展，永磁同步電動機的控制技術亦已成熟并日趨完善。以往同步電動機的概念和應用范圍已被當今的喲觀念慈同步電動機大大擴展。可以毫不夸張地說，永磁同步電動機已在從小到大，從一般控制驅動到高精度的伺服驅動，從人們日常生活到各種高精尖的科技領域作為zui主要的驅動電機出現，而且前景會越來越明顯。