55kW/12000rpm/2P高效调速永磁同步电动机设计(2)
永磁同步电机具有简单，体积小，重量轻，损耗低，效率高等特点。和直流电机相比，它没有DC电机换向器和电刷等缺点。它比异步电机效率高，功率因数高，扭矩惯量也比异步电机大，这都归功于永磁同步电机没有励磁电流，所以它在定子电流以及电阻上的损耗就比较小，而且相应的转子参数容易被测量，控制性能也十分优秀;但比起异步电动机，有成本高，起动困难等缺点。相比普通同步电动机，它消除了励磁装置，使得结构简单化，有效地提升了效率。永磁同步电机矢量控制系统拥有精度高，动态性能相应快，调速范围大和位置控制好等特点，这些优点使得永磁同步电机矢量控制系统得到了国内外科研人员的重视。
工业生产中大约有三分之二的总能耗是用于电机及其驱动系统的功率消耗中。在2006年国际电工委员会（IEC）在经过一系列地探讨后出台了新的标准——电机IEC60034- 30，这样做是为了消除低效率高耗能的电机，让高效率和超高效电动机得到有效的开发及应用。在NEMA高效电机的前提下，美国又出台了新型高效NEMA标准，使得效率指标又增加2％~3％。在我国的最新的能源项目规划中，我们决定了逐步淘汰低效率电机和高耗能产品，推行高效节能电动机，高效传动系统，稀土永磁电机等，让高效节能稀土永磁电机的研发变得有实际应用的意义。采取相应调速措施可使电力拖动系统的节能效果大大增强，比如直流电动机调速控制，运用于交流电机的变极调速和变频调速控制，以及传输和其他机械传动的结构。但可变速的机械传动结构方式和电驱动系统调速方式都属于有级调速。尽管直流电动机具有良好的调速性能，但是它的缺点也很明显，比如换向产生的火花就是一个很大的影响因素，而高效节能型的变频调速是一种无级调速控制方式，它与直流电动机相比所存在的缺点大大减小。德国工程师F. B lascherke等人为解决使交流电机电磁转矩能够得到有效控制的问题，对矢量控制理论做了相应的改造。这几年来，转换器技术，计算机技术和现代控制技术得到了快速发展，使得AC电机能够进行矢量变频调速，交流电机调速性能够赶上直流调速系统，高效率稀土永磁电机变频调速节能效果和异步电动机做对比已经超过5％以上。所以，使用稀土材料的永磁同步电机在转速泵、风机、电梯和交通运输系统方面得到了大面积应用。
中国是永磁材料的高产国，拥有非常丰富的稀土永磁材料钕铁硼资源，我国的稀土矿的储藏量约是全世界其他国家总和的4倍，被称为“稀土王国”。稀土曾是让国人倍感自豪的优势资源，而今却略显尴尬。国际市场的压价行为导致了我们所开采出的稀土资源价格降到了谷底，而这一切又是以破坏环境为代价的。虽然我国的稀土永磁材料和稀土永磁电机的科学研究水平都达到了国际先进水准，但是这些优势还没有全部发挥出来，因此，对我国来说，永磁同步电动机的发展还有很长一段路要走，有待开发的潜力仍很大。我国国防、工农业、航空航天等行业的发展及综合实力的提升离不开永磁同步电机，所以我们现在应该尽力利用我国丰富的稀土资源，全力研发和推行应用以稀土材料为主的永磁电机。
1.2 国内外研究水平与现状
1.3 永磁材料国内外发展及现状
1.3.1 永磁材料的发展历史
永磁材料是不需要外界提供能量但能长期提供磁场的一种特殊材料，它是经外界磁场饱和充能后产生的一种重要的磁性功能材料，也被我们叫做硬磁材料。通常永磁材料的矫顽力在8kA/m以上。
最初的永磁材料来自于磁铁矿，因为它的饱和磁化强度只有Fe的25%，所以很长一段时间以来没有受到过科研人员的关注。直到1890年~1910年，永磁材料才开始受到人们的重视。随着科学技术的进步，出现了许多性能各异的永磁材料。永磁材料的发展大体上可分为以下几个阶段：