永磁同步电机的发展现状和应用前景分析

董笑言 王楚瑶 霍宇航

摘 要：目前，由于稀土永磁材料以及电子技术、控制技术的高速发展，永磁同步电机以其效率较高、质量较轻、体积较小、能耗消耗较低等诸多优势逐渐进入了工业的发展和大众的生活中，在工业、农业等方面实现了很大程度的应用的发展。

关键词：稀土永磁材料;永磁同步电机;永磁同步电机控制技术

1 引 言

20世纪70年代稀土永磁材料的出现和发展给予了永磁同步电机一个新的发展机遇，由于稀土永磁材料可以产生永久磁场的特点以及其励磁性能卓越的特点，目前我国永磁同步电机都是在永磁材料的良好性能上实现进一步发展和应用的。根据对比，永磁同步电机因结构简单、功能特性良好，应用范围广泛等特点深受工业生产、大众生活的青睐。

2 永磁同步电机的组成结构

永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。

3 永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机要建立主磁场，励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场;然后采用三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体;在原动机拖动转子旋转的情况下，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组通过引出线，即可提供交流电源。由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。即当定子绕组中通入由三相逆变器经脉冲调制的共相交流电源后，绕组内产生个旋转磁场，旋转磁场与永磁体间发生相互作用，使转子绕电机轴旋转。其电机转速为n=60f/p，f为电流频率，P为极对数。（如图3.1所示）

4 永磁同步电机的数学特性

先对永磁同步电机的转速进行研究，在分析定子和转子的磁动势间的转速关系时，假定转子的转速为nr/min，所以转子的磁动势相应的转速也为nr/min，所以定子的电流相应的频率是f=pn/60，因为定子旋转的磁动势的旋转速度是由定子上的电流产生的，所以应为：

可以看出转子的旋转速度和永磁同步电机定子的磁动势的转速是一样的。

对永磁同步电机来讲，我们可以利用电动机的惯性直接列些其电动势平衡方程。

对永磁同步电机的的功率来说，我们可以根据其发电机的惯性可以列写永磁同步电机的电磁功率。

对永磁同步电机的转矩来说，我们设定在恒定的转速情况下，永磁同步电机的转速和功率是成正比关系的，因此我们可以得到以下公式。

5 永磁同步电机的发展现状

5.1高性能稀土永磁材料的发展和应用

经过多年的科学发展，我国对稀土永磁材料的了解和掌握日益成熟，目前，以钕铁硼为代表的永磁材料引起卓越的永磁特性和功能兼容性成为了目前应用最为广泛的永磁材料，也成为了制造永磁同步电机的重要原料。

5.2国内外永磁同步电机的发展情况

随着微型计算机技术及自动控制技术的发展，永磁同步电动机在各领域得到了广泛的应用。现在由于社会的进步，人们对永磁同步电机的要求更加苛刻，促使永磁电动机向着拥有更大的调速范围和更高的精度控制发展。

5.3各同步电动机性能对比

目前，各国对提高电机驱动技术性能不断进行着创新和发展，最优越的功能特性，最稳妥的控制办法是实现同步电机良好工作的保证，在转速启动以及静止加速的情况下，做到输出加大转速同时恒功率调速控制是目前的关键技术。

永磁同步电机有很好的可靠性和牢固性，同时最大效率较其余两种高，调速范围宽。将相应的控制方式与永磁同步电机进行结合之后，整个电机可以实现很好的工作性能。

6 永磁同步电机的主要应用

6.1永磁同步电机在空调压缩机的应用

根据文献及资料了解，我们平常家里的空调使用的压缩机原来是由单向异步电机、开关式控制其工作，缺陷在于噪声和很大的温度差异变化。在90年代初期，日本首先利用永磁无刷电动机代替异步电机进行变频调速，很大程度的提高了工作效率，完善了其工作特性，在节能环保，降低能量消耗，降低噪声等方面达到了很高的技术水平。

6.2永磁同步电机在电梯设备的应用

这几年电梯行业中最新驱动技术就是永磁同步电动机调速系统，其体积小、节能、控制性能好、又容易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置;其低噪声、平层精度和舒适性都优于以前的驱动系统，适合在无机房电梯中使用。

7 永磁同步电机的应用前景

目前工业、农业以及大众生活中，保护环境、提高效率成为了目前社会的主要发展趋势，这就更需要电机系统在办公设备、简易数字机床、计算机外围设备、家用电器等性能要求较高的领域不断创新技术，大力提高能源利用率，同时在航空航天需要的全数字化、智能化设备上以及特种加工装备等方面需要永磁同步电机创新发展，引领潮流。

8 结 论

随着微型计算机技术及自动控制技术的发展，永磁同步电动机在各领域得到了广泛的应用。现在由于社会的进步，人们对永磁同步电机的要求更加苛刻，促使永磁电动机向着拥有更大的调速范围和更高的精度控制发展。由于现在生产工艺的提高，具有高性能的永磁材料得到进一步的发展。这使其成本大大降低，逐渐被应用于生活的各个领域。

参考文献

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作者简介：董笑言，男，2001.06.01，汉，河北省 唐山市，本科，电子科学与技术;

王楚瑶，女，2001.12.10，汉，辽宁省鞍山市，本科，电气工程及其自动化;

霍宇航，男，1999.10.22，汉，河北省保定市，本科，电气工程及其自动化。