TYBZ稀土永磁同步電機(jī)的應(yīng)用和推廣已近十年。隨著變頻技術(shù)的日趨完善，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，其優(yōu)點(diǎn)已越來(lái)越明顯。TYBZ稀土永磁同步電機(jī)結(jié)合我國(guó)稀土元素豐富的特點(diǎn)，采用高性能稀土永磁材料作為同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的，使電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和功率因數(shù)大幅度提高。該電機(jī)具有調(diào)速精度高，調(diào)速比大，輸出特性硬，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。開(kāi)環(huán)控制提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本，從而大大提高了各行業(yè)產(chǎn)品的制造工藝。尤其是電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩輸出和轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載波動(dòng)的特性。通過(guò)變頻器有效控制，可使其輸出轉(zhuǎn)速保持恒定，在某些機(jī)械傳動(dòng)中去掉減速器，這無(wú)疑給整個(gè)機(jī)械制造帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。
     近五年來(lái)，稀土永磁同步電機(jī)和變頻控制實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包裝、造紙、造船、塑料、紡織化纖、軍工等行業(yè)。自95年以來(lái)，分別為全國(guó)化纖、造紙、浮法玻璃、印刷機(jī)械、光纜設(shè)備等上市公司、國(guó)家壟斷行業(yè)所生產(chǎn)的設(shè)備所配套。同時(shí)在石化行業(yè)（安慶石化、金山石化）永磁同步電機(jī)替代了進(jìn)口大型設(shè)備中的同類電機(jī)。但是變頻器對(duì)永磁同步電機(jī)的控制要比普通電機(jī)復(fù)雜的多，因此國(guó)外不少變頻器供應(yīng)商已和永磁同步電機(jī)供應(yīng)商合作，根據(jù)電機(jī)的壓頻比曲線，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)易的專用變頻器。在和這些專用變頻器實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體中，我們做了一些工作，為此在這里將展開(kāi)討論，以便讓變頻器供應(yīng)商對(duì)永磁電機(jī)有進(jìn)一步的了解。
    一、 國(guó)內(nèi)外同步電機(jī)的概況
    美國(guó)GE公司早在五十年代就研制了一批數(shù)百瓦的永磁同步電動(dòng)機(jī)，德國(guó)西門子公司自五十年代開(kāi)始經(jīng)過(guò)十年多，研究出各種不同用途、性能良好的永磁同步電動(dòng)機(jī)，七十年代后期就生產(chǎn)出了30千瓦的電機(jī)。日本明電舍公司在六十年代后期就已有永磁同步電動(dòng)機(jī)的系列產(chǎn)品供應(yīng)。日立公司在七十年代就研制出高速的永磁同步電動(dòng)機(jī)。我國(guó)自七十年代后期也陸續(xù)研制出多種結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)。
    同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和分類：
    交流同步電動(dòng)機(jī)，它的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率完全成正比。
    Ns=60f/p(rpm) 式中：f: 電源頻率 P: 極對(duì)數(shù) Ns: 同步轉(zhuǎn)速
    而交流異步電動(dòng)機(jī)，它與同步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于：轉(zhuǎn)速與電源頻率不成正比，其轉(zhuǎn)速始終比同步電動(dòng)機(jī)還要低，叫轉(zhuǎn)差率。
         N=(1-s)ns(rpm) s=(ns-n)/ns*100%
   同步電動(dòng)機(jī)按其結(jié)構(gòu)不同可分為：磁阻式同步電動(dòng)機(jī)；磁滯式同步電動(dòng)機(jī)；永磁式同步電動(dòng)機(jī)。

1、磁阻式同步電動(dòng)機(jī)     電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)無(wú)多大出入。不同之處在于轉(zhuǎn)子片的形狀。見(jiàn)圖（1）。為了使電機(jī)能自起動(dòng)，轉(zhuǎn)子片與異步電 機(jī)轉(zhuǎn)子片一樣具有鼠籠結(jié)構(gòu)。但多了反應(yīng)槽部分。開(kāi)反應(yīng)槽的目的是造成縱向磁阻和橫向磁阻的差別。磁阻差別越大反應(yīng)轉(zhuǎn)矩就越大。一臺(tái)設(shè)計(jì)優(yōu)越的磁阻電動(dòng)機(jī)的功率可比同樣異步電動(dòng)機(jī)大一個(gè)機(jī)座號(hào)。

2、磁滯式同步電動(dòng)機(jī)     電機(jī)的定子部分與一般的異步電動(dòng)機(jī)無(wú)多大區(qū)別，而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有其特點(diǎn)，見(jiàn)圖（2）。它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由非磁性材料制成。在 其表面套上一磁滯環(huán)構(gòu)成.一般磁滯環(huán)采用的材料為絡(luò)鋼、鈷鋼等。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中磁場(chǎng)滯環(huán)被磁化后，由于環(huán)的磁滯特性，使環(huán)磁通中滯后定子磁勢(shì)軸一個(gè)角度,并產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，由于這個(gè)關(guān)系，從零至同步轉(zhuǎn)速都不變，所以轉(zhuǎn)矩T是恒值的。 磁滯同步電動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)到正常工作過(guò)程中，基本與一般異步電動(dòng)機(jī)性能相似，有較小的起動(dòng)電流和空載電流。工作也很平穩(wěn)，但它一般適用于較小功率的電機(jī)。     3、永磁同步電動(dòng)機(jī)     永磁同步電動(dòng)機(jī)的種類很多，用量也非常大。如轉(zhuǎn)子由永磁環(huán)，經(jīng)多極充磁后制成，定子由帶齒的磁極加上集中繞組構(gòu)成，其功率都很小。目前大量使用在家用電器中。     工業(yè)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率都比較大，它的結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相近。電機(jī)的定子部分與一般的異步電機(jī)無(wú)多大不同，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子區(qū)別是多了一套永磁體。也即：在磁阻同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的反映槽中放入永久磁鐵，就成了永磁同步電動(dòng)機(jī)了。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有良好的控制性能，可通過(guò)頻率的變化進(jìn)行調(diào)速。     永磁同步電機(jī)就其使用不同的永磁體，其性能特點(diǎn)有很大區(qū)別。用鐵氧體永磁材料制造的同步電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)研制的年代最早，因此使用也最長(zhǎng)久，它的特點(diǎn)是：a.由于鐵氧體永磁材料的價(jià)格較低，因此此類永磁同步電動(dòng)機(jī)的價(jià)格相應(yīng)的也較便宜。b.由于鐵氧體永磁材料的磁能積比較低，磁場(chǎng)強(qiáng)度很小，用鐵氧體制造的同步電動(dòng)機(jī)的體積相對(duì)就比較大，特別是制造大容量的電動(dòng)機(jī)的較困難。但此類電機(jī)的起動(dòng)電流比異步電機(jī)大不了多少。     1、 用金屬永磁體制成的永磁同步電動(dòng)機(jī)，總的來(lái)說(shuō)比用鐵氧體永磁材料制成的永磁同步電動(dòng)機(jī)要優(yōu)越些。     2、 用稀土永磁材料制成的永磁同步電動(dòng)機(jī)，稀土永磁材料具有很高的磁能極，而且它的剩磁也特別高，用這類材料制成的永磁同步電動(dòng)機(jī)具有很多優(yōu)越性。除前面介紹的優(yōu)點(diǎn)外，可縮小體積，提高工效。     二、永磁同步電動(dòng)機(jī)和變頻控制配合曲線 稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)由于應(yīng)用了高磁能積的永磁材料，其電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程將比異步電動(dòng)機(jī)具有不定的特性，該電動(dòng)機(jī)一般也制成與異步電動(dòng)機(jī)相似的電動(dòng)機(jī)，即電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子、高磁能的永磁材料。電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，其起動(dòng)電流將比用鐵氧體永磁同步電動(dòng)機(jī)大，比異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)更大。原因是在起動(dòng)過(guò)程中永磁體將發(fā)出電機(jī)的能量，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，不但消耗異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)的能量（產(chǎn)生空載起動(dòng)電流），還將克服發(fā)電機(jī)的能量，因此它的起動(dòng)電流是很大的。永磁磁能級(jí)越高，轉(zhuǎn)子用的永磁材料體積越大，電流也更大。因此對(duì)稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中必須要有足夠大的電流（一般比同容量異步電動(dòng)機(jī)大2-3倍），但一旦達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)（異步電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子將從定子中取得一定的電能來(lái)維持正常工作----鼠籠有短路電流），其永磁轉(zhuǎn)子不從定子取得電能，而是依靠永磁磁場(chǎng)，緊跟定自旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。     1、 電機(jī)的壓頻比     永磁同步電動(dòng)機(jī)與變頻器的配合中，關(guān)鍵是個(gè)壓頻比的問(wèn)題。通用變頻器根據(jù)不同 的電機(jī)特性可以設(shè)置不同的壓頻比。     例1、 佛山化纖廠項(xiàng)目：     98年我公司通過(guò)巴馬格公司為佛山化纖廠投產(chǎn)的專絲項(xiàng)目中配套的計(jì)量泵電（210- 6），變頻控制是東麗公司明電舍的專用變頻器。雙方通過(guò)第三方牽頭合作，所以沒(méi)有及時(shí)溝通，在配合過(guò)程中碰到了一些問(wèn)題。     從圖（3）中，我們可以看到日本專用變頻器不能電壓提升，雙方均未按照約定壓頻比曲線C，電機(jī)不能按照自己的運(yùn)行曲線運(yùn)行，從而便得出一條A曲線，無(wú)法工作。但電機(jī)對(duì)磁鋼修改后，壓頻比曲線B比較按照約定曲線C，此時(shí)專用變頻器在讀寫曲線時(shí)稍作余量，則會(huì)順利配合，達(dá)到滿意的效果。

例2、 福州永安項(xiàng)目：     該項(xiàng)目分兩批，其中17臺(tái)中的磁鋼結(jié)構(gòu)采用經(jīng)向切入法，該批中的兩臺(tái)電機(jī)（機(jī)號(hào) 為：297、285），其電機(jī)特性曲線如圖 （4）。這次的配合嚴(yán)格按照約定的壓頻比曲線，所以整個(gè)項(xiàng)目開(kāi)較為順利。

表<3> （167-6-97）51臺(tái)電機(jī)中抽其中2臺(tái)測(cè)試（用上海鉗形表）

1998年12月14日

頻率（HZ）		17	25	30	32	34	36	38	40	50	60	70	80	90	97
297號(hào) 電機(jī)	電流 （A）	3.8	5.5	5.5	5.4	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5/6.0	5.4/6.0
	功率 （KW）	0.50	0.92	1.10	1.04	1.13	1.17	1.40	1.42	1.63	1.89	2.08	2.10	2.04/2.70	2.43/3.25
285號(hào) 電機(jī)	電流 （A）	4.1	5.5	5.1	5.4	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	2.4/2.9	5.5
	功率 （KW）	0.50	0.92	1.10	1.25	1.33	1.38	1.43	1.46	1.76	1.98	2.36	2.62	2.36/2.86	3.20

2、 電機(jī)與變頻器配合問(wèn)題的分析任何一臺(tái)電機(jī)都有自己的運(yùn)行曲線，若當(dāng)電機(jī)不在自己的運(yùn)行曲線下，電機(jī)將發(fā)生下列現(xiàn)象：     （1）、不能啟動(dòng)；     （2）、電流增大；     （3）、噪音；     （4）、振動(dòng)；     （5）、溫升過(guò)高。     引起電機(jī)的振動(dòng)有二種情況：固有的機(jī)械振動(dòng)和電流引起的諧波振動(dòng)。     如上所述，佛山項(xiàng)目中由于力矩沒(méi)有提升到應(yīng)有的位置，用日本的變頻測(cè)試器測(cè)出一條怪曲線，見(jiàn)圖（3）中的A 曲線。或 許相當(dāng)一部分同志會(huì)誤解為質(zhì)量問(wèn)題，而真正原因是雙方的溝通不夠。沒(méi)有按圖所定的確曲線要求。     永磁同步電機(jī)（TYBZ1100-8）在出口至伊朗等國(guó)家的浮法玻璃生產(chǎn)線時(shí)，在出廠時(shí)對(duì)每一個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)，一切都按圖（5）特性曲線正常進(jìn)行但在整機(jī)調(diào)試中未調(diào)試到它的應(yīng)有曲線卻發(fā)生振動(dòng)、噪聲、電流增大等現(xiàn)象。由于該電機(jī)配套的是通用變頻器，經(jīng)過(guò)調(diào)試最后終于找到電機(jī)的最佳運(yùn)行點(diǎn)。     三、與專用變頻器配套的幾點(diǎn)體會(huì)     自中源公司生產(chǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)以來(lái)，與國(guó)內(nèi)外各大變頻器供應(yīng)商配套多年，沒(méi)有發(fā)生什么問(wèn)題。隨著變頻控制技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)采用專用的變頻調(diào)速芯片后，在電機(jī)的配套上有些矛盾就顯露出來(lái)了。有些問(wèn)題通過(guò)控制方和電機(jī)方的協(xié)調(diào)可以得到有效地解決。在實(shí)際制造中能否按約定的電機(jī)特性曲線，這是比較關(guān)鍵的。     中源公司通過(guò)佛山、海欣、福州等項(xiàng)目的配合，我們的體會(huì)有以下幾點(diǎn)：     1、 雙方必須有一個(gè)嚴(yán)格約定的可行的電機(jī)參數(shù)，而這一參數(shù)，最好先由電機(jī)方根據(jù) 滿足整機(jī)的設(shè)計(jì)要求而提出電機(jī)的特性參數(shù)，然后交給控制方。     2、 電機(jī)功率的余地雙方都不能放得太大。 我們對(duì)一些進(jìn)口的 同步電機(jī)作了一些對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：功率的余量大，磁鋼的磁能級(jí)高，溫升低，但啟動(dòng)困難。而進(jìn)口的同步電機(jī)，功率余量小，易退磁。由于用鐵氧鐵材料 所以啟動(dòng)方便，但升溫高。     3、 必須用統(tǒng)一的計(jì)量工具。在海欣項(xiàng)目中，我們發(fā)現(xiàn)了這一問(wèn)題，在出廠試驗(yàn)用SAKEN 的變頻器冊(cè)電機(jī)是符合曲線要求的。而到現(xiàn)場(chǎng)后，由于所用的變頻器不一致，導(dǎo)致電機(jī)的電流普遍增大，這是由于計(jì)量的工具不一致所造成的。     4、 變頻器容量的選擇     一般來(lái)說(shuō)，我們使用多大功率的電機(jī)，就得配上多大功率的變頻電源，這是無(wú)可置疑的。但是稀土永磁同步電機(jī)的起動(dòng)特性是很復(fù)雜的，至今尚無(wú)比較權(quán)威的計(jì)算理論資料。從特性分析：首先由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子表面具鼠籠裝置，要依靠轉(zhuǎn)子的鼠籠對(duì)電機(jī)進(jìn)行通電后的自啟動(dòng)。因此，在啟動(dòng)過(guò)程中具有典型的異步電動(dòng)機(jī)的特性。第二，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)放置有相對(duì)的永磁體，如果我們將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來(lái),電機(jī)的定子發(fā)出電來(lái)，即成為發(fā)電機(jī)。而永磁同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中存在發(fā)電機(jī)的效應(yīng)，因此，為了讓永磁同步電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，必須要克服發(fā)電效應(yīng)的阻力矩，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)，也就是說(shuō)要消耗更多的空載功率才能達(dá)到。因此說(shuō)永磁同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)要困難得多，消耗的電功率大的永磁體越多，消耗的電功率也越大，所以永磁同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中必須要有比較大的電流才行。它的啟動(dòng)電流一般是異步電機(jī)的1-4倍左右。     永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，其磁場(chǎng)的分布是比較復(fù)雜的，在不同頻段下，可能產(chǎn)生不同的高次波，如果此高次波與異步電動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的高次波疊加，在此情況下，反映在電流的大小上，其電流值一般將大于額定電流值，這種大電流往往就影響變頻電源的最大工作電流的選擇。當(dāng)前我們希望用戶在使用稀土永磁同步電機(jī)時(shí)選擇變頻器要求比異步電動(dòng)機(jī)大一號(hào)，就是此原因。特別是與我們稀土永磁同步電機(jī)配套的專用變頻器，在電流的設(shè)計(jì)上希望過(guò)載電流的倍數(shù)越大越好（2倍或2倍以上），這是我們對(duì)變頻器供應(yīng)商的要求。     就稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)而言，如何在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)，讓電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中盡量減少高波次，是我們采用幅式永磁分布，將一個(gè)比較有效的措施。也得到了較好的效果。同時(shí)，我們希望在國(guó)內(nèi)找到一家變頻器供應(yīng)商，實(shí)現(xiàn)真正的機(jī)電一體化，更好地為國(guó)內(nèi)各設(shè)備制造商和用戶服務(wù)。