永磁同步电机技术标准

永磁同步电机技术标准（精选8篇）

1.永磁同步电机技术标准 篇一

永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁同步电机在现在应用及其广泛。和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式〔鼠笼式异步电机〕绕线式异步电动机。永磁同步电机的工作原理如下：

永磁同步电机主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

永磁同步电机的载流导体：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。

永磁同步电机的切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），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（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

永磁同步电机交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

永磁同步电机的交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

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2.永磁同步电机技术标准 篇二

随着船舶电力推进、机车牵引、多电飞机和核电站水循环系统等对功率等级和可靠性要求越来越高, 多相电机调速系统因具有低压大功率输出、低次谐波含量少、转矩脉动小, 动、静态性能稳定, 系统可靠性和容错性高[1,2,3,4]等优点而倍受关注。

本文以双三相永磁同步电机 (PMSM) 为研究对象, 采用矢量控制技术研究其调速性能。由于空间矢量调制技术 (SVPWM) 电压传输比高, 能够合成任意位置和大小的电压参考矢量, 方便数字化实现, 因此广泛应用于交流调速系统中。文献[5]基于5相电压型逆变器分析了载波PWM调制和空间矢量PWM调制技术, 并根据零矢量在一个PWM周期内分布情况得出不同的SVP-WM调制方法。文献[6]分别讨论了SPWM、5次谐波注入PWM以及SVPWM调制技术, 分析在各种PWM调制下输出电流的畸变特性。

双三相永磁同步电机在自然坐标系下的数学模型经过空间解耦变换, 变换到αβ-xy-o1o23个正正交平面上, 得到电机解耦数学模型, 并且电机机电能量转换只与α-β平面分量有关, 与x-y平面分量和o1-o2零序分量无关。由于传统两矢量SVPWM调制技术只考虑了α-β平面电压参考矢量的合成情况, 而并未考虑x-y平面电压参考矢量的合成情况, 且x-y平面电压参考矢量不为零, 产生较大5, 7次电流谐波分量, 定子铜耗增加, 影响电机调速性能[7,8,9,10,11,12]。因此采用两种4矢量SVP-WM调制技术, 结合id=0的矢量控制方法, 在Matlab/Simulink中对双三相永磁同步电机调速系统进行仿真研究, 验证两种4矢量SVPWM调制技术的可行性和有效性。

2 双三相永磁同步电机矢量控制

2.1 双三相永磁同步电机数学模型

双三相永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性系统, 分析十分复杂。通过坐标变换可以实现电机模型的解耦, 在3个二维子空间中分析电机特性。根据磁势幅值不变和功率守恒的原则, 将自然坐标系下的电机模型变换到αβ-xy-o1o2 3个正交平面上, 6相静止坐标系到两相静止坐标系的变换矩阵如下式所示:

式中, 前两行对应α-β平面, 其中的基波和6k±1 (k=2, 4, 6, …) 次谐波映射到α-β平面, 在电机中产生圆形旋转磁势, 参与机电能量转换;中间2行对应x-y平面, 其中6k±1 (k=1, 3, 5, …) 次谐波映射到x-y平面, 它们不产生旋转磁势, 与机电能量转换无关, 被称为广义的零序分量;最后2行对应o1-o2平面, 3k (k=1, 2, 3, …) 次谐波映射到o1-o2平面, 称为零序谐波分量[1,2,15]。

由于只有α-β平面参与机电能量转换, 因此只需将α-β平面分量进行旋转变换即可, 变换矩阵如下式所示:

于是得到双三相永磁同步电机在dq同步旋转坐标系下的数学模型[1,13]。

电压方程:

磁链方程:

电磁转矩:

运动方程:

式中:Rs为定子电阻, Ω;id, iq分别为直轴励磁电流和交轴转矩电流, A;Ud, Uq分别为直轴和交轴电压, V;Ld, Lq分别为直轴电感和交轴电感, m H;Ψd, Ψq分别为直轴和交轴磁链, Wb;Ψf为转子永磁体磁链, Wb;ω, ωm分别为电角速度和机械角速度, 且ω=npωm (rad/s) ;np为电机极对数;J为转动惯量, kg·m2;B为粘性摩擦系数。

2.2 双三相永磁同步电机矢量控制

由电磁转矩表达式 (5) 可知, 采用id=0的矢量控制策略时, 电磁转矩只与交轴转矩电流iq有关, 矢量控制系统如图1所示。通过电流传感器检测双三相永磁同步电机的相电流, 经过式 (1) 和式 (2) 变换后得到电机励磁电流分量id和转矩电流分量iq, 分别与给定励磁电流分量和转矩电流分量做差, 经过PI调节得到dq同步旋转坐标系下的电压参考矢量Ud*Uq*, 再经过旋转变换得到αβ静止坐标系下的电压参考矢量Uα*Uβ*, 最终通过SVPWM调制模块得到控制逆变器的开关信号SABCXYZ, 达到控制电机目的。

3 4矢量SVPWM算法

3.1 空间电压矢量分布

双三相永磁同步电机定子绕组由2套对称三相绕组构成, 电机负载采用隔离中性点星形连接, 其中ABC为第1套对称三相绕组, 中性点用N1表示, XYZ为第2套对称三相绕组, 中性点用N2表示, 2套绕组之间相差30o (电角度) 。6相电压源型桥式逆变电路拓扑结构如图2所示, 逆变器共有26=64种开关状态, 即64个空间电压矢量, 其中60个为非零电压矢量, 有4个为零电压矢量。

在α-β平面、x-y平面, 每一种开关状态对应的电压矢量可由式 (7) 和式 (8) 确定, 空间电压矢量分布如图3所示。由于每一种开关状态确定的电压矢量在o1-o2平面的投影为零, 因此对于双三相PMSM, 电压参考矢量是一个4维矢量, 要对其进行完全控制, 至少需要4个基本电压矢量和1个零电压矢量[8,12]。

式中, α=30o; 为相电压, 可由下式确定:

式中:νk O为逆变桥臂与直流电源假想中性点O之间的电压, νk O=0.5Udc (k=A, B, C, X, Y, Z) 。

3.2 基本电压矢量的选取及时间计算

因为只有α-β平面电压参考矢量参与机电能量转换, x-y平面电压参考矢量只与电机谐波有关, 产生定子铜损。因此在选择基本电压矢量时应该遵循以下原则[3,14,15,16]:1) 使α-β平面合成电压参考矢量幅值最大, 以提高直流母线利用率;2) 使x-y平面合成电压参考矢量幅值最小, 减少定子铜损。以扇区2为例阐述SVPWM调制原理。

方式1:选择α-β平面与电压参考矢量相邻的幅值最大的4个基本电压矢量来合成电压参考矢量νref, 且在α-β平面内幅值最大的矢量对应在x-y平面内幅值最小, 如图4所示。

方式2:选择α-β平面2个幅值最大的电压矢量和同相位的2个幅值次大的电压矢量作为基本电压矢量来合成电压参考矢量νref。α-β平面上两个幅值最大的矢量在x-y平面幅值最小, α-β平面上幅值次大的2个矢量在x-y平面幅值不变, 仍为次大矢量, 如图5所示。

对于最大4矢量SVPWM调制技术, 设PWM周期为Ts, 4个基本电压矢量ν45, ν44, ν64, ν66作用的时间分别为T1, T2, T3, T4, 零矢量作用时间为T0, 且有T0=Ts-T1-T2-T3-T4。根据电压参考矢量和4个基本电压矢量在α-β坐标系中的投影关系, 可以求解出4个基本电压矢量的作用时间, 为了保证每个扇区矩阵具有统一的形式, 可以在α-β平面和x-y平面中假定一个辅助坐标系αk-βk和xk-yk, 其中αk, xk为扇区的角平分线, βk, yk分别与αk, xk垂直。且αk轴与α轴的夹角为k× (π/6) , xk轴与x轴的夹角为k× (5π/6) , k为扇区号 (k=1, 2, 3, …, 12) 。于是得到:

式中: 分别为电压参考矢量在αk-βk坐标系和xk-yk坐标系下的投影; 分别为4个基本电压矢量在αk-βk坐标系和xk-yk坐标系下的投影。

由于xk-yk平面不参与机电能量转换, 令 为零, 即xk-yk平面合成电压参考矢量为零。因此, 由式 (10) 解得最大4矢量调制方式各个基本电压矢量作用时间, 如下式:

对于2个最大矢量和2个次大矢量调制方式, 设PWM周期为Ts, 4个基本电压矢量ν65, ν64, ν44, ν46作用的时间分别为T1, T2, T3, T4, 零矢量作用时间为T0, 且有T0=Ts-T1-T2-T3-T4。同样可以由式 (10) 求得各个基本电压矢量作用时间, 如下式:

当T1+T2+T3+T4>Ts时, 对各基本电压矢量作用时间作如下调整:

4 仿真验证

在Matlab/Simulink中建立双三相永磁同步电机的仿真模型, 对基于空间最大4矢量调制的矢量控制和基于最大2矢量与次大2矢量的矢量控制进行仿真分析。永磁同步电机仿真参数为:电机额定功率P=3 k W, 额定相电压U=220 V, 定子电阻R=1.45Ω, 极对数np=4, 转子永磁体磁链Ψf=0.175 Wb, 电机转动惯量J=0.085 kg·m2, 阻尼系数B=0.05 N·m·s/rad, 直轴电感Ld和交轴电感Lq均为8.5 m H, 仿真结果如图6~图8所示。

图6~图8中给出了最大2矢量、最大4矢量、2个最大矢量与2个次大矢量SVPWM控制策略的仿真波形, 电机给定恒转矩负载TL=30 N·m。由最大2矢量SVPWM控制策略的仿真波形可以看出, 电机初始给定转速为450 r/min, 在0.4 s时转速给定值为750 r/min, 此时电磁转矩正向脉动, 电磁转矩大于负载转矩, 电机加速直到达到给定转速750 r/min, 电磁转矩恢复到30 N·m;在0.7 s时, 电机给定转速变为-300 r/min, 此时电磁转矩产生负脉冲, 电磁转矩小于负载转矩, 电机减速并反向, 直到达到给定转速-300 r/min, 电磁转矩恢复到30 N·m。同样可以分析得到最大4矢量, 最大2矢量和次大2矢量SVPWM的转速和转矩变化一致, 3种SVPWM算法都能获得很好的动静态性能。

在抑制电流谐波方面, 由于最大2矢量SVP-WM只对α-β平面电压参考矢量进行控制, 而并未对x-y平面电压参考矢量进行控制, 从图6d看出, 逆变器输出A相电流中包含大量的5次、7次谐波电流, 导致电流波形畸变, THD值高达24.08%, 电机发热量大, 易烧坏定子绕组, 因此传统的2矢量SVPWM控制策略不适合用于双三相PMSM的控制。而最大4矢量SVPWM控制算法和最大2矢量与次大2矢量SVPWM控制算法均同时对α-β平面和x-y平面的电压参考矢量进行控制, 并且使x-y参考电压矢量幅值最小, 大大减少了5次、7次谐波的产生, 解决了电机发热严重问题。从图7c、图7d和图8c、图8d A相电流波形及其频谱分析可知, 最大4矢量SVPWM控制策略的电流波形正弦性好, THD值为4.56%, 而最大2矢量和次大2矢量SVPWM控制策略的电流波形正弦性也很好, THD值只有3.96%。就电磁转矩脉动而言, 最大2矢量SVPWM转矩脉动大, 在给定负载转矩的±6.7%范围内波动, 最大4矢量SVPWM控制算法的转矩脉动范围为±3.68%, 而最大2矢量和次大2矢量的转矩脉动最小, 仅为±1.67%。

5 结论

3.高速永磁电机设计与分析技术研究 篇三

高速永磁电机根据它功率密度和效率高的优点，具有极大的发展潜力，它广泛地应用于各种功率层级的场所，并发展成为目前国内在在电机方面所研究的一个热点问题。虽然高速永磁电机的相关技术遵循了电磁原理，但是高转速也带来了一些需要深入研究的问题。

定轉子的机构及其所使用的材料

高速永磁电机的运行除了电磁性能，它的转子结构和其所使用的材料对振动水平和高速转动也产生了直接影响，这也是对高速永磁电机相关技术设计和分析的关键一环。目前，高速永磁电机定转子常用的保护材料有玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维等纤维强度较高的复合材料，还有钛合金等特种合金，这种合金也是高强度的。定转子通常采用的两种结构是表贴式结构和两极圆柱的永磁体结构。前者的结构设计是将永磁体贴在轴的表层，然后由合金护套或符合材料进行保护。 通过对永磁体沿着径、轴向分段来控制它的内部涡流，从而消除内径处应力集中。后者的转子结构相对简单，它选取适当的过盈量使得永磁体在不同转速和不同温度下都受压力，主要是防止其离心力遭到破坏。这两种结构都是径向的磁场结构，可以达到功率密度较高的效果。

损耗情况分析及计算方法

a铜耗

铜耗是耗能的主要部分。在计算时，受临近效应（高频磁场对相邻导体产生的效应）和集肤效应（电流频率较高时使得电流密度聚集到导体表面）的影响，不可以直接运用直流电阻的计算方法，这会使得计算结果偏大。使用FEM的方法，通过直接对槽导体建模，不但能够提高精度，还能直接反映出导体内部的电流密度分布以及周边磁场，这也为定子的进一步优化设计指引了方向。

b定子铁耗

定子铁耗占据了所有耗能中很大的比例。一般采用比损耗法的方法对其进行计算，但是频率较高的时候，材料损耗的特性变化急剧，反而不再适用。对材料铁耗特性的精确测定是计算电机铁耗是否准确的第一步，通常采用单片测试仪和爱波斯坦方圈测试仪，这些都是具有国际标准的，但它们也只是测量了交变铁耗。若在旋转磁化的条件下，还要借助于更加复杂麻烦的二维甚至三维测试仪。

c风摩损耗

风摩损耗在传统的电机中一般不单独计算，因其电机速度低，风摩损耗很小。但在高速的电机中，损耗很高，甚至有的时候会是主要损耗。而风摩损耗是在气隙中的空气和转子表面的摩擦所形成的。在高速电机中，气隙中的空气通常是絮流状态，还伴随着轴向冷却气流，这使得计算结果与总结的经验公式有所出入。计算流体力学的方法是精度更高、理论更加完备的方法。它对转子端部或气隙的流体建模采用CFD仿真，计算出流体壁面切应力或者其能量变化，便得到了风摩损耗。

d转子涡流损耗

它包括齿槽和谐波所引起的不同的涡流损耗。它的计算方法通常包括有限元法和解析法，解析法通常在SPM电机中使用。解析法在计算速度上比较快，适用于在设计过程中存在对许多方案进行比较分析的情况，但在这种计算过程中进行了许多假设，因此忽略了许多因素，导致计算的精度难以保证，不具备普适性。而有限元法适用于对各种结构的转子涡流损耗的精确计算。二维有限元法的建模计算速度比较快，但忽视了轴向分段和端部效应的作用。三维有限元法能计算二者的影响作用，但是非常耗时。最近，研究人员分析研究了综合两种方法的优点的混合方法，虽然计算结果由于假设二维和三维谐波反应磁场是一样的，也存在一定的偏差，但也确实极大地提升了速度，减小了计算的规模。

高速永磁电机转子的支承技术

目前，高速永磁电机的轴承分为非接触式和接触式两种类型。前者包含了磁悬浮轴承和空气轴承，后者则主要是传统的滚珠轴承。从滚柱轴承，到空气轴承，再到磁悬浮轴承的发展，技术在一点点的进步，也更加的娴熟。另外，无轴承电机的使用原理是利用磁轴承从而产生电磁力，把磁轴承中能够生成径向力的绕组装置在电机定子上，结合解耦控制，能够在输出转矩时，也实现转子悬浮。但这项技术并未成熟，还需要深入探索研究。

结语

高速永磁电机的定子结构及其材料、损耗分析、转子支承技术等方面的研究都需要进一步完善和发展，相关问题也会持续是研究的热点。因此，主要技术的研究发展方向包括：新结构、新工艺、新材料在定转子方面的应用；定转子的损耗机理计算技术的探究；高速永磁电机的转子支承技术。随着高速永磁电机的技术发展与推广应用，它的设计必定会实现进一步的优化。

参考：

[1]王继强，王凤翔，孔晓光.高速永磁发电机的设计与电磁性能分析[J].中国电机工程学报，2008，28（20）：105-110.

4.永磁同步电机技术标准 篇四

摘 要:将计算机仿真技术应用于永磁同步电动机控制器的设计研究过程。根据永磁同步电动机的数学模型,结合直接转矩控制理论,以永磁同步电动机为例,利用Matlab/Simulink软件,对永磁同步电动机直接转矩控制仿真建模,给出了其仿真结果。

关键词:永磁同步电动机;直接转矩控制;Matlab/Simulink

永磁同步电动机(PMSM)具有高效节能、体积小以及良好的变频调速性能等优点;直接转矩控制技术直接对电机的磁链和转矩进行控制,使电机转矩响应迅速;该技术最先应用于感应电机控制中,随着PMSM广泛应用,将直接转矩技术应用于永磁同步电动机的控制。近年来已经成为研究者竞相关注的课题,大多数研究集中于其控制理论和实现方案的方面。本文则基于Matlab/Simulink软件环境应用直接转矩控制理论,对PMSM控制系统建模仿真;详细介绍了直接转矩控制系统仿真中各个控制计算单元模型的建立,提供了一种建模思路;为电机控制器硬件的设计提供了仿真参考。

1 PMSM直接转矩控制系统的仿真建模

1.1 PMSM特点及控制系统选择

PMSM常用的控制策略有:小容量同步电机的恒压频比控制;基于磁场定向的矢量控制;直接转矩控制[2]。三种控制策略各有各的特点,且在不同的应用场合取得了较好的控制效果。然而,恒压频比控制的动态性能不高;矢量控制在实际应用上由于转子磁链难于准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,使得其控制效果难于达到理论分析的结果。直接转矩控制的.控制思想新颖,控制结构简单,控制手段直接,信号处理的物理概念明确,转矩响应迅速,对转子参数不敏感。鉴于这些优点,在PMSM控制系统中,选择直接转矩控制理论进行尝试,利用Matlab/Simulink计算机仿真软件,进行计算机仿真和分析。

1.2 PMSM直接转矩控制系统的建模

在PMSM数学模型和直接转矩控制理论的基础上,在Matlab/Simulink的环境中,对PMSM的直接转矩控制系统进行了计算机仿真。其控制系统仿真模型原理框图见图1。

PMSM数学模型的电系统采用dq轴数学模型[3](即PARK方程的数学模型)描述。它不仅可以用于分析电机的稳态运行性能,也可以用于分析电动机的瞬态性能。它使用固定于永磁同步电动机转子且随转子一起旋转的平面坐标系作为参考坐标系见图2。取永磁体基波磁场的方向为d轴,而q轴顺着转子旋转方向超前d轴90°电角度,转子参考坐标系的旋转速度即为转轴速度。而PMSM数学模型的机械系统则由一阶线性微分方程描述。

电磁转矩的大小是由转子磁链和定子磁链之间的叉积来决定。直接转矩控制的方法是控制定转子磁链的幅值基本不变,通过改变定转子磁通间的夹角来改变电磁转矩的大小。实际中主要是通过改变定子磁通的旋转速度来达到改变转矩的目的。为了实现控制定子磁通的幅值和方向,可采用SVPWM逆变器选择电压矢量的方法实现。把SVPWM逆变器产生的电压矢量平面的圆周划分为6个扇区,每个扇区内的磁通轨迹由该扇区所对应的两个电压矢量来形成,见图3。在每个区域可选择两个相邻矢量来增加或减少磁链的幅值,这两个矢量就决定了最小开关频率。通过选择合理的电压矢量及误差带,即可控制定子磁通的幅值和方向。根据直接转矩控制原理框图见图1,利用Matlab/Simulink建立永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真模型。它主要包括了永磁同步电动机模型、开关表、3/2变换、磁链估算、转矩估算和逆变器等子模块。[4][5]

(1)开关表子模块。开关表子模块是根据定子磁链的区间信号?兹(N)、磁链控制信号?椎和转矩控制信号?子从而选择合适的空间电压矢量,以实现直接转矩控制原理的重要模块。为实现电压空间矢量的选择,该模块对其中的磁链控制信号?椎和转矩控制信号?子进行处理,化为一个变量X,以便于在Matlab/Simulink中实现2D的Look-Up Table。经比较后,当信号给定值比实际值大时,设磁链控制信号?椎和转矩控制信号?子为1,否则为0,变量X可以设置为X=2?椎+?仔+1。

经过该子模块,以定子磁链的区间信号?兹(N)、磁链控制信号?椎和转矩控制信号?子作为输入量,从而实现开关电压矢量(6个状态量)的选择见表1。

(2)3/2变换子模块。3/2变换子模块根据逆变桥直流母线侧电压对电机直轴和交轴电压、电流进行计算。输入端口1将三相电流引入后,按照3/2变换公式,用Fcn数学函数即可得出Id、Iq;输入端口2引入开关电压矢量后,按照电压矢量dq轴分量表,可以一一对应求出Ud、Uq,这种对应关系可以很方便的用一维Look-Up Table查询得到。输出端口1只引出了直轴和交轴电流;输出端口2则引出直轴和交轴电压、电流。模块见图4。

(3)磁链估算子模块。计算磁链在dq轴上的分量?追d、?追q由该子模块实现。该子模块在估算定子磁链的同时还可以确其在空间中所处的区域?兹,从而为空间电压矢量选择模块提供输入信号。模块见图5。磁链估算是根据磁链u-i模型,通过Fcn数学函数和积分环节计算?追d、?追q,再用Fcn数学函数求算术平均值即可得到定子磁链的幅值;区间判断用MATLAB Fcn编程实现比较方便,根据计算得到的?追d、?追q数值,通过三角函数关系可以判断出磁链所在区间。

(4)转矩估算子模块。转矩估算模块根据双反应理论转矩公式,通过Fcn数学函数即可实现,见图6。

2 直接转矩控制系统的仿真分析

仿真中,结合一台2.2kW PMSM,其参数:相数为3,极数为6,额定频率50Hz;设置控制系统的参数为速度环比例系数Kp=3,速度环积分系数Ki=10,转矩滞环比较器参数?驻T=0.05,磁链滞环比较器参数?驻?追=0.05,磁链给定值?追为0.175。

仿真过程描述如下:起初电机空载,转速给定100 rad/s,转矩给定4 N・m,电机启动,开始加速并马上跟随给定转速和给定转矩,稳定后,在0.1 s将转矩突变为2 N・m,在波形上电机的电磁转矩应有些波动,转速开始调节,调节完成后最终转矩稳定在2 N・m,在此过程当中,磁链始终跟随给定0.175 Wb。

从仿真结果分析,该控制系统达到了预期效果,验证了永磁同步电机直接转矩控制的正确性和可行性,为实际系统的实现提供了基础。但需要注意的是:在仿真中有很多模型都是理想化的,有很多因素还不能从模型中反映出来,真正的实现PMSM直接转矩控制还需要考虑众多因素。

3 结论

文章分析了PMSM数学模型和直接转矩控制的原理,利用Matlab的Simulink软件环境对PMSM直接转矩控制系统进行了计算机数学建模及仿真。仿真结果表明该控制系统模型具有良好的动态、静态性能,为PMSM控制系统的设计和控制系统整体性能的提高提供了良好的帮助。

参考文献:

[1]Zhong L,Rahamn M F, Analysis of Direct Torque Control in Permanent Magnet Synchronous Motor Drives [J],IEEE Trans On PE, .12(3):528-535

[2]李夙,异步电动机直接转矩控制[M],北京:机械工业出版社,

[3]唐任远,现代永磁电机理论与设计[M],北京:机械工业出版社,1997

[4]谢运祥、卢柱强,基于Matlab/Simulink的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模[J],华南理工大学学报,(1):19-23

5.烧结钕铁硼永磁材料国家标准 篇五

本标准是以GB／T 1．3 一1997《标准化工作导则 第l 单元：标准的起草与表述规则 第 3 部分：产品标准编写规定》为原则，对GB／T 13560 一1992《烧结钕铁硼永磁材料》的修订。

在修订本标准时，依据国内生产厂家的产品情况及用户对产品的要求，参考了IEC 404-8-1(1986)及其补充2(1992)《磁性材料 第8部分：特殊材料规范 第一节 硬磁材料标 准规范》和国内外有关企业标准。对原标准的技术内容进行了必要的补充和修改。本标准参考 了IEC 标准的永磁材料分类，钕铁硼合金的小类分类代号为R7。

本标准与GB／T 13560 一1992 的主要技术差异如下：

1．在“引用标准”项中增加了标准GB／T 8170-1987《数值修约规则》、GB／T 9637-1988 《磁学基本术语和定义》和GB／T 17803一1999《稀土产品牌号表示方法》。

2.对原标准中“术语、符号、单位”修改为“术语与定义”。由于引用GB／T 9637—1988 《磁学基本术语和定义》，取消了原来的磁学术语定义。采用了IEC 404-8-l(1986)对永磁材料 的磁性能划分为主要磁性能和辅助磁性能的方法，并对这两个术语分别进行了定义。3．修改并增加了材料的牌号。

4．对附录A 的机械物理性能范围值修订为典型值。

5．新增加了附录C“钕铁硼永磁材料的主要成分、制造工艺及应用”内容。本标准自实施之日起代替GB／T 13560一1992。本标准的附录A、附录B、附录C 均为提示的附录。本标准由国家发展计划委员会稀土办公室提出。本标准由全国稀土标准化技术委员会归口。本标准由包头稀土研究院负责起草。

本标准主要起草人：刘国征、马 婕、王 标、李泽军。1 范围

本标准规定了烧结钕铁硼永磁材料的主要磁性能、试验方法、检验规则和标志、包装、运 输、贮存。本标准同时给出了主要机械性能和辅助磁性能等其他物理性能的典型值。本标准适用于粉末冶金工艺生产的烧结钕铁硼永磁材料。引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所 示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可 能性。

GB／T 2828 一1987 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查)GB／T 3217—1992 永磁(硬磁)材料磁性试验方法 GB／T 8170 一1987 数值修约规则 GB／T 9637 一1988 磁学基本术语和定义 GB／T 17803—1999 稀土产品牌号表示方法 术语与定义

本标准采用下列定义，其它术语定义按G／T 9637 规定。3.1 主要磁性能principal magnetic properties 包括永磁材料的剩磁(Br、磁极化强度矫顽力(内禀矫顽力)(Hcj)、磁感应强度矫顽力(Hcb)、最大磁能积((BH)max)。

3.2 辅助磁性能 additional magnetic properties.包括永磁材料的相对回复磁导率(μrec)、剩磁温度系数(α(Br))、磁极化强度矫顽力温度系 数(α(Hcj))、居里温度(Tc)。材料分类与牌号

4.1 材料分类

烧结钕铁硼永磁材料按磁极化强度矫顽力大小分为低矫顽力N、中等矫顽力M、高矫顽力H、特高矫顽力SH、超高矫顽力UH、极高矫顽力EH六类产品。4.2 牌号

每类产品按最大磁能积大小划分为若干个牌号(详见表1)。4.3 牌号表示方法 4.3.1 数字牌号

04 80 ××

第三层次 表示钕产品级别（规格）第二层次 表示钕次类产品（应用产品）第一层次 表示钕大类产品（钕）

牌号示例：048021 表示（BH）max为366～398kJ/m3,Hcj为800kA/m的烧结钕铁硼永磁材料。4.3.2 字符牌号

烧结钕铁硼永磁材料的牌号由主称和两种磁特性三部分组成。第一部分为主称，有钕元素 的化学符号Nd、铁元素的化学符号Fe 和硼元素化学符号B 组成，即NdFeB。第二部分为斜线前 的数字，是材料最大磁能积（BH）max的标称值（单位为kJ/m3）；第三部分为斜线后的数字，是 磁极化强度矫顽力Hcj值（单位为kA/m）的十分之一，数值采用四舍五入取整。

牌号示例：NdFeB380／80 表示(BH)max为366～398kJ／m3，Hcj为800kA／m的烧结钕铁硼永 磁材料。要求

5.1 材料在23℃±3℃下的主要磁性能应符合表l的规定。如需方有特殊要求，供需双方可另 行协商。

材料的辅助磁性能仅供用户设计使用参考，不作验收依据。

表1 烧结钕铁硼永磁材料23℃±3℃下的磁性能 材 料 主要磁性能 Br T Hcj kA／m Hcb kA／m(BH)max 种 类 数字牌号 字符牌号 kJ／m3 最小值 最小值 最小值 范围值

048021 NdFeB 380／80 1.38 800 677 366～398 048022 NdFeB 350／96 1.33 960 756 335～366 048023 NdFeB 320／96 1.27 960 876 302～335 048024 NdFeB 300／96 1.23 960 860 287～320 048025 NdFeB 280／96 1.18 960 860 263～295 048026 NdFeB 260／96 1.14 960 836 247～279 N 048027 NdFeB 240／96 1.03 960 796 223～256 048031 NdFeB 320／110 1.27 l100 910 302～335 M 048032 NdFeB 300／110 1.23 1100 876 287～320 048033 NdFeB 280／110 1.18 1100 860 263～295 H 048041 NdFeB 300／135 1.23 l350 890 287～318 048042 NdFeB 280／135 1.18 l350 876 263～295 048043 NdFeB 260／135 l.14 1350 844 247～279 048044 NdFeB 240／135 1.08 1350 812 223～255 表1（完）

材 料 主要磁性能 Br T Hcj kA／m Hcb kA／m(BH)max 种 类 数字牌号 字符牌号 kJ／m3 最小值 最小值 最小值 范围值

048051 NdFeB 280／160 1.18 1600 876 263～295 048052 NdFeB 260／160 1.14 1600 836 247～279 048053 NdFeB 240／160 1.08 1600 796 223～255 SH 048054 NdFeB 220／160 1.05 1600 756 207～239 048061 NdFeB 240／220 1.08 2000 756 223～255 UH 048062 NdFeB 220／200 1.05 2000 756 207～239 048063 NdFeB 210／200 1.02 2000 732 191～223 048071 NdFeB 240／240 1.08 2400 756 223～255 EH 048072 NdFeB 240／220 1.05 2400 756 207～239 辅助磁性能的典型值：

α(Br)=-0.12％／K 测量温度范围为298～413K α(Hcj)=-0．6％／K 测量温度范围为298～413K μrec-1.05 Tc=585 K 注：

1.厂商可提供其它补充牌号的材料，如低温度系数等牌号的材料。

2.α(Br)和α(Hcj)的温度范围是298～413K，但并不排除这些材料可以在这温度范围以外的使用。3.SI与CGS单位制下磁性能的换算关系：1T=10kGs，1kOe=79.6kA／m，lMGOe=7.96kJ／m3。4.产品磁性能检验结果的数值修约按GB／T 8170规定进行。

5.2 材料的主要机械物理性能参见附录A（提示的附录）。

5.3 材料的尺寸偏差、形状和位置偏差（简称形位偏差）参见附录B（提示的附录）。具体要求有 供需双方共同商定。

5.4 材料的主要成分、制造工艺及应用参见附录C（提示的附录）。

5.5 产品表面部允许有影响使用的裂纹、砂眼、夹杂、和边角脱落等缺陷，具体要求由供需双方 共同商定。6.1 材料磁性能试验方法按GB/T 3217规定执行。

6.2 产品尺寸、行为偏差采用满足精度要求且符合国家计量标准的量具检测，或由供需双方确认 的专用量具检验。

6.3 产品外观质量检查用目测。7 检验规则 7.1 检查与验收

7.1.1 产品由供方质量技术监督部门进行检验，保证产品符合本标准规定，并填写质量证明书。7.1.2 需方应对收到的产品按本标准的规定进行检验。如检验结果与本标准规定不符时，应在 自收到

产品之日起，一个月内向供方提出，由供需双方协商解决。如需仲裁，可委托双方认可的单位 进行，并在需方共同取样。7.2 组批

每批产品应由同一牌号、同一生产工艺制成的同一规格和尺寸的材料组成。7.3 检验项目

每批产品应进行磁性能、尺寸、形位偏差、外观质量和合同中规定项目的检验，7.4 取样

检验用抽样数量按GB/T 2828 规定，其材料的主要磁性能合格水平为特殊检查水平S2 的 1.5 级，其它项目检验合格水平为检查水平Ⅱ的1.5 级。7.5 检验结果判定

产品主要磁性能检验结果与本标准规定不符时，则从该批产品中取双倍试样对不合格项目 进行复验，如仍不合格，则判定该批产品为不合格。8 标志、包装、运输、贮存 8.1 标志、包装

8.1.1 产品一般以磁中性状态交货。如需方要求充磁并在合同中注明，可充磁交货，对取向方 向不易辨别的产品，应标明充磁方向。

8.1.2 产品用箱（盒）包装，并保证在运输和贮存过程中不损坏。充磁产品的包装要求，应符 合运输和贮存方式的相应规定。每个包装箱(盒)应附标签，注明：供方名称、产品名称、牌号、规格尺寸、批号、件数、净质量、出厂日期。8.2 运输、贮存

产品的运输过程应小心轻放，存放于通风、干燥、无腐蚀气氛的场所。8.3 质量证明书

每批产品应附质量证明书，注明： a)供方名称；

b)产品名称、牌号、规格尺寸； c)批号； d)净质量、件数；

5.6 每一牌号的材料可分为毛坯状态和机加工状态。试验方法

磁学名词

关于钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种：

剩磁（Br）单位为特斯拉（T）和高斯（Gs）1T=10000Gs

将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场，此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。它表示磁体所能提供的最大的磁通值。从退磁曲线上可见，它对应于气隙为零时的情况，故在实际磁路中没有多少实际的用处。钕铁硼的剩磁一般是11500高斯以上。

磁感矫顽力（Hcb）单位是奥斯特（Oe）或安/米（A/m）1A/m=79.6Oe 磁体在反向充磁时，使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力（Hcb）。但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。钕铁硼的矫顽力一般是10000Oe以上。

内禀矫顽力（Hcj）单位为奥斯特（Oe）或安/米（A/m）

使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。磁能积(（BH）max)单位为兆高·奥（MGOe）或焦/米3（J/m3）

退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B×H的最大值称之为最大磁能积，为退磁曲线上的D点。磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一。在磁体使用时对应于一定能量的磁体，要求磁体的体积尽可能小。

·各向同性磁体： 任何方向磁性能都相同的磁体。

·各向异性磁体： 不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。

烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。

·取向方向： 各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。也称作“取向轴”，“易磁化轴”。·磁滞回线： 铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变化时，所获得的关于磁感应强度（横坐标）相对于磁场强度（纵坐标）变化的闭合曲线。

退磁曲线（即B-H曲线）：磁滞回线中，位于第二象限中的部分我们称之为退磁曲线。也即我们所说的B-H的曲线。如图所示：·退磁曲线的膝点： 磁体退磁曲线上发生突变、明显发生弯曲的点。室温时退磁曲线呈直线的磁体，在温度升高到一定程度时都会出现膝点。如果磁体的工作点在膝点以下，磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失。

·负载线： 连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线（见上图）。·磁化强度： 指材料内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，单位是安/米（A/m）。·磁感应强度： 磁感应强度B的定义是：B=μ0(H+M)，其中H和M分别是磁化强度和磁场强度，而μ0是真空导磁率。磁感应强度又称为磁通密度，即单位面积内的磁通量。单位是特斯拉（T）。CGS 单位制中的单位为高斯（Gauss）。

·磁通： 给定面积内的总磁感应强度。当磁感应强度B均匀分布于磁体表面A时，磁通?的一般算式为? =B×A。磁通的SI单位是麦克斯韦。

·漏磁通： 磁体回路中未能通过工作气隙而被泄漏的那部分磁通。

·磁场强度： 指空间某处磁场的大小，用H表示，它的单位是安/米（A/m）。

·相对磁导率： 媒介磁导率相对于真空磁导率的比值，即μr = μ/μo。在CGS单位制中，μo=1。另外，空气的磁导率在实际使用中往往值取为1。

·磁导： 磁通Φ与磁动势F的比值，类似于电路中的电导。是反映材料导磁能力的一个物理量。

·磁导系数,Pc ： 即为导磁率，磁感应强度Bd与其磁化强度的比率，即Pc = Bd/Hd。也即我们所说的“负载线”或磁体的工作点。导磁率可用来衡量磁性材料被磁化的容易程度，或者说是材料对外部磁场的灵敏程度。磁导系数可用来估计各种条件下的磁通值。在磁路中，近似有：Bd/Hd = lm/Lg，其中lm是磁体的长度；Lg是相对应磁体气隙的长度。因此Pc是磁路设计中的一个重要的物理量。

·居里温度： 对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列由有序变成无序。在此温度以下，原子磁矩一致排列，产生自发磁化，材料呈铁磁性。

·磁路： 磁通流经的回路称为磁路。永磁体和磁轭、气隙、极靴等构成闭合磁路。·气隙： 磁回路中磁导率为1的间隙部分，一般为空气间隙，但是也可为其它介质。·气隙长度-Lg： 磁路中气隙的长度。

·磁动势-F： 它是磁路中任意两点间磁势的差值，类似于电路中的电压。

·磁阻-R： 磁动势与磁通的比值称为磁阻，即R= F/?（类似于欧姆定律），其中F是磁动势，? 是磁通（CGS单位制）。类同于电路中的电阻。

·磁轭： 放置在磁体回路或两磁极中心、引导磁力线通过以减少磁通损失的高磁导率材料，一般为软磁铁、纯铁或低碳钢。·极靴： 放置在磁极处的用来约束磁束的分布及改变其流向的铁磁性材料。

·涡流： 当磁场发生变化时，传导电流之中所产生的环形电流称之为涡流。涡流能产生反向磁场。涡流对于转动速度或者其它大多数磁路设计都是有害的，故涡流应尽量降低到最小。

·磁饱和度： 任何可导磁材料在一定条件下都可达到饱和的状态。铁磁材料在将其磁化时会达到饱和。钢铁的磁饱和度为16000到20000高斯。

·稳定性： 是衡量磁体抗退磁能力的物理量；影响磁体稳定性的因素有温度或外磁场等。·可逆温度系数： 一个衡量由温度变化引起的磁性能可逆变化的物理量。

日本磁性材料的现状及发展唐敏

磁性材料是电磁力学的主要支柱材料。在社会生活中,它的作用相当于能量仓库的钥匙,可用以取出“能量”并使其发挥作用,成为国民经济发展的一种必不可少的“维生素”。磁性材料及其应用产品是典型的节能、节材、资源综合利用及出口创汇产品,因此,磁性材料的产量是表示一个国家或地区工业发达程度的指标,其需求量则能粗略体现一个国家或地区的国民生活水平。

由于日本在磁性材料的开发生产、推广应用等方面居世界之首,也是磁性材料最大的市场,该国的情况是一只“晴雨表”。因此,了解日本磁性材料的现状及发展动向,对我国该行业的进一步发展有着非常重要的意义。

日本磁性材料的生产及应用现状

从总的情况看,在各类磁性材料中,自90年代初期以来,日本除了在新兴的第三代稀土永磁—NdFeB上仍有较大发展外,其它磁性材料的产量、产值均为负增长或持平。其中,日本铁氧体软磁的产量、产值由1991年的约4.9万吨、7.7亿美元降至1998年的4.3万吨、5.8亿美元,年递减分别为2.0%和3.9%,其产量约占世界总量的17%,产品主要用于消费类家用电器(包括小家电)、开关电源及抗电磁干扰等领域。在烧结永磁中,烧结铁氧体永磁的产量、产值由8.1万砘、4.2亿美元降至到4.8万吨、2.9亿美元,年均分别减少7.1%和5.2%,目前占世界产量的12.6%,产品主要用在汽车、摩托车电机及电声器件上;烧结稀土永磁由1698吨、3.9亿美元增至4600吨、6.1亿美元,年增长率分别达15.3%和6.6%,但这种高速增长主要发生在NdFeB永磁上,1999年日本烧结NdFeB已达6404吨,占世界产量的42.4%,处于绝对的领先地位,产品大部分用在计算机硬盘驱动器(HDD)用音圈电机(VCM)、核磁共振成像仪(MRI)及其它电机上;烧结Sm－Co稀土永磁近年来呈下滑趋势,目前日本年产量约350吨,占世界产量的50%,产品主要作在军用电子对抗、电机及导航系统上。铸造AlNiCo永磁由于处在廉价铁氧体和高性能NdFeB永磁的夹攻中,加之贵金属Co的价格居高不下,在日本的发展也不乐观,其产量、产值呈下降趋势,年均分别减少6.5%和7.4%,目前产量约为1000吨,占世界的16.4%,产品主要用于工作条件恶劣、温度稳定性要求很高的仪表领域(如汽车传感器等)。

适应电子信息整机轻、薄、短、小要求而发展起来的粘结永磁,可分为粘结铁氧体和粘结稀土两类。其中粘结铁氧体永磁应用最早、用量最大,但发展趋势于平缓,目前日本年产约2万吨(产值近1.9亿美元),占世界产量的33%,传统用途是电冰箱门封条、复印机和打印机磁辊及各种磁片;粘结Sm－Co永磁60年代末进入市场,在粘结NdFeB出现后其产量明显下降,但因其热稳定性好,在精密电机和大功率电机中仍有一席之地,目前日本的产量约70吨,占世界产量的44%,预计今后几年日本的粘结氧体和粘结Sm－Co的产量将保持相对稳定;在粘结永磁中发展最快的是1987年才开始商品化的各向同性粘结稀土NdFeB,日本的产量由1987年的约15吨增至1999年的930吨左右,年均增长高达45.5%,目前约占世界的60%,产品主要用在HDD、FDD(软驱)CD－ROM、DVD－ROM及家电中的微型直流主轴电机和步进电机上。

对于性能更优异、潜在应用市场更广阔的各向异性粘结NdFeB永磁,目前日本三菱和旭化成等公司已开始进行小批量生产。这类磁体将给汽车挡风玻璃雨刮驱动电机、玻璃清结电机、观后镜驱动电机、电动门锁和电动调节座椅电机等带来使用性变化。预计2004年日本各向异性粘结NdFeB永磁产量将达到3000吨以上。值得一提的是,从上述数据中虽反映出日本近年来多种磁性材料的产量和产值均为负增长,但这并不意味着日本磁性材料需求量的相应用下降,比如铁氧体永磁,该国正继续将其生产转移到海外,以低成本来对付日元升值、劳动力成本增加以及满足日本在海外生产的整机的需求。目前日本在海外工厂生产的铁氧体永磁已高达8万吨,加上本土生产的约5万吨,这就是说其实际产量在13万吨左右,仍比中国的产量略高,中国要成为真正的世界第一尚需持续努力。表1是不完全统计的日本在海外发展的铁氧体永磁工厂情况。

而在NdFeB永磁上,日本之所以能不断增长,主要有三方面的原因:一是新用途不断被开发出来;二是计算机领域的需求量不断增大;三是国外特别是我国价格低廉的NdFeB永磁(仅为日本产品价格的1/3左右)无法进入受专利保护的日本市场,使其受冲击较少。

日本现约有60家厂商在从事磁性材料的开发与生产,其中TDK公司生产各类磁性材料元器件及磁应用制品,是全球磁性材料品种最全的生产厂家,该公司在铁氧体软磁、铁氧体永磁生产上长期稳居世界第一位,其稀土永磁生产也颇具有规模(在日本排第三位),是举世公认的磁性材料王国中的“王中王”。住友特殊金属公司是世界烧结NdFeB永磁的专利拥有者和最大生产厂家,其AlNiCo永磁在日本也排第一位(其次是三菱制钢公司)。但日本磁性材料行业一些人士评论,日本信越化学工业公司的NdFeB生产有可能赶超住友公司。在粘结稀土永磁的开发生产上,日本精工—爱普森公司多年来一直稳坐世界“第一把交椅”,目前其产量在400吨以上,占日本总产量的40%左右;紧跟其后的是大同特殊金属公司,该公司于1992年停止生产铁氧体永磁而把重心放在发展粘结稀土永磁上。此外,意欲在永磁方面不落后于其它大公司而对产品结构作调整的还有日立金属、东北金属、三菱制钢等著名磁材公司。

日本磁性材料的科研进展

在铁氧体软磁高频低功耗材料方面,自70～90年代,日本TDK、FDK、东京铁氧体川崎制铁等铁氧体知名公司已先后开发出四代开关电源用功率铁氧体材料,目前这些公司都能大批量生产PC40、PC44、PC50等第三、四代材料,其使用频率一般可达数百kHz～1MHz,为开关电源的小型化作出了显著贡献。另外,为适应计算机显示器和HDTV发展的需要,TDK等公司在90年代初还开发出用于制作回扫变压器的HV22、HV38、HV45高频铁氧体材料,也有极低的功耗和高饱和磁感应强度。在铁氧体高磁导率(ui)材料方面,TDK公司在过去生产H5C2(ui=1000)的基础上,90年代又先后开发出H5C3(ui=13000)、H5D(ui=15000)和H5E(ui=18000)材料;FDK、东京铁氧体等公司也相继开发出ui=12000～15000的材料。用这类材料制作的电感器、滤波器、扼流圈、宽带变压器和脉冲变压器,需求量很大,可广泛用在数字技术和光纤通信等高新技术领域。

在铁氧体抗电磁干扰材料及元件方面,目前TDK公司已开发出6种EMI吸收材料、23个抗EMI器件71个品种,是目前世界上开发生产铁氧体吸收材料及抗EMI元器件品种最全、水平最高的企业。

在铁氧体永磁方面,尽管日本早已实现“444”即Br≥4000Gs(0.4T)、HCJ≥4000Oe(320kA/m)、(BH)m≥4MGOe(32kJ/m3)的目标,但因离铁氧体的理论值还有一段不长不短的路要走,为此许多日本企业仍在想办法推进永磁性能的发展。如TDK公司继在90年代初率先推出具有世界领先水平的FB5、FB6系列材料后,近年又通过选用高纯原材料、合理调整配方、掺杂、提高取向和密度、严格控制产品的显微结构等措施铁氧体永磁的性能指标再次发生飞跃,已大大接近其理论值(FB9系列)。

日本铁氧体磁体开发的另一个动向,是从磁性能的改进转入便于使用的改进上,如发展超大弧度、超长、超厚磁体等等。

在NdFeB永磁方面,日本科研开发的方向主要有四个方面,一是向高磁能积方向发展,目前批量生产水平在400kJ/m3左右,如住友特殊金属公司的Neomax50、Neomax48BH、TDK公司的Neorec－50、日立金属公司的Hirorex－super52等;二是向特高内禀矫顽力方向发展,如住友特殊金属公司的28EH、32EH产品,其HCJ超过2000kA/m(25kOe),工作温度最高可达240℃;三是研究开发(BH)m≥256kJ/m3、耐腐蚀性优于烧结磁体的各向异性粘结NdFeB永磁;四是积极探索纳米复合双相稀土永磁,向(BH)m≥800kJ/m3的目标迈进。表2列出了当前日本高档磁性材料大批量生产的代理牌号及水平。

6.电机技术协议 篇六

冷热板退火酸洗线工程

交流变频电机

技 术 协 议

甲方：*********控制有限公司

签字：

日期：

乙方：大连电机集团有限公司

签字：刘春勇

日期：

2010年07月

一、概述

**************控制有限公司（以下简称甲方）与大连电机集团有限公

司该技术协议是订货合同的附件，与订货合同具有同等的法律效力。（以下简称乙方），就*******退火酸洗线工程所需的交流电机，本着为工程负责的原则，经双方友好协商，签订本技术协议。

二、系统简介

根据生产经营发展需要，*************有限公司新建一条冷热板退火酸洗线，基础自动化控制系统分为电气传动系统和自动控制系统两级，主要完成入口段、工艺段、出口段的自动控制，并根据工艺要求，交流电机基本为变频电机，同时有部分非变频电机。以上交流电机即为本协议中规定的供货设备。

三、设计数据

1.甲方向乙方提供的设计数据

1.1 自然条件：

气温：夏季通风室外计算温度35℃

冬季通风室外计算温度13℃

年平均温度21.1℃

极端最高温度41.0℃

极端最低温度1℃

夏季空调室外计算温度36.5℃

相对湿度： 年平均相对湿度55％

最高日平均相对湿度80％

最低日平均相对湿度36％

大气压力： 夏季88900帕斯卡

冬季88700帕斯卡

地震烈度： 基本烈度为7度

海拔高度：米

1.2 电机（包括变频及非变频）的规格型号及相关要求：见附件表格。

2.甲方要求乙方应达到的技术要求

2.1 电机在设备选型上应遵循先进、可靠、实用、节能的原则，其各项性能应具有当今世界先进水平。

2.2 乙方应保证所供设备完全符合双方的技术协议约定。

2.3 乙方须提供设备装配指导文件、出厂测试指导文件、现场安装及调试指导文件、生产维护指导文件、产品技术样本和使用手册。

2.4 乙方出厂测试需提前通知甲方，甲方根据实际情况安排相关人员参与出厂测试验收。

3．设备分交

3.1乙方所提供电机不包括编码器和联轴器。

3.2 编码器、绕组及轴承的测温元件、散热风机及内置制动器（如有）由乙方成套供货，编码器为库伯勒产品，编码器和联轴器由甲方提供，详见设备表。

3.3 电机上的接线盒（箱）设计（包括大小、接线柱的合理安排）需考虑到现场施工的方便，接线盒（箱）在电机上的位置必须在技术协议中或正式合同中约定。

四、工作分工及联络

1.甲方所承担的工作内容及要求

甲方负责提供正确的设备的工作条件，使用环境，设备参数及技术指标要求。甲方负责设备按标准正确安装。为乙方在现场进行的技术服务、调试工作提供必要的方便。

2.乙方所承担的工作内容及要求

2.1 乙方按甲方提出的设备参数和技术要求做出设备供货订单，并责任技术参数的合理性、正确性、完整性。

2.2 乙方不为甲方提供设备安装及调试的现场技术服务，只提供现场指导安装调试。

2.3 乙方为甲方提供相关产品技术资料（包括最终的安装、外形尺寸图）。

3.工作联络方式

按本技术协议的联络人联系地址及通信方式，在设备安装投运前定期联络，确保设备的到货及按期投运。

五、供货范围及周期

1.乙方向甲方提供的设备的型号、规格、数量等，最终应满足本技术协议要求。

2.乙方按双方确认并签订的设备清单进行供货。

3.乙方须同时提供设备的合格证、产品说明书及安装使用维护手册（中文版）。

4.乙方向甲方提供设备的供货周期为：在甲方预付款到后120日内（但甲方必须保证：

1、甲方于合同生效后三日内出具编码器和联轴器的准确尺寸图；

2、编码器和联轴器在合同生效后90日内到乙方公司），所供设备抵达浙江嘉兴市**********有限公司。具体地址、联系人发货前通知。

六、验收标准

1.验收方式、验收地点

验收地点：*********有限公司。

验收方式：由业主方、甲方、乙方三方有关人员共同开箱，按订货清单清点数量。

2.设备验收内容按本协议第三条的设备参数及技术指标执行。

3.设备验收按设备生产国的最新的技术标准进行。

七、质量保证体系

1.乙方有责任按国际、国内现行有关标准，采用先进工艺技术，选用优质原材料，精心组织管理，同时对外协件、外购件要择优选厂，严格筛选，采取切实可行的措施，确保产品质量。

2.所有供货设备保质期从电动机到货后18 个月，此期间电动机出现的非人为损坏（电机本身质量问题），乙方应免费给与及时更换（不可抗力除外）。

八、现场服务

1.乙方提供业主现场所需的技术服务。甲方在设备安装完工后，提前3 个工作日通知乙方，乙方现场服务人员应按要求的时间到达业主现场。乙方在业主现场调试期间，其调试设备及备件由乙方自备。

2.乙方只负责产品的指导安装调试。

九、资料交付

1.合同生效后，乙方在30个工作日内向甲方提供设计、安装的有关技术资料及图纸，一式三套，同时提供电子版（安装及外形尺寸图为CAD格式）资料一套。

2.乙方设备交货时，须同时提供设备的标定证书、合格证、产品说明书、安装使用维护手册。

3.甲、乙双方应对各自所提的资料及图纸的准确性负责。

十、技术协议生效及其它

1．本技术协议由甲、乙双方授权代表签字盖章后随商务合同同时生效。

2．本技术协议作为商务合同的附件，具有同等法律效力。

3．在履行合同期间，由双方代表签署的往来信函、传真、会议记要等，将成为本技术协议不可分割的组成部分。

5．双方联系人

甲方：****电话： *********传真： ***********

乙方：刘春勇电话：***传真： 0411-62322715

6.本技术协议未尽事宜，双方应本着友好的精神协商解决。

7.稀土永磁电机技术及应用探讨 篇七

近年来, 为了降低油田开发中的耗电大户—抽油机的电能损耗, 油田公司开始在抽油机上推广使用稀土永磁电机, 鄯善采油厂从2003年开始逐步在个别抽油机上试用稀土永磁电机, 经过使用后发现, 稀土永磁电机节能效果非常显著, 是一种非常好的抽油机节能电机, 完全可以广泛应用为抽油机的驱动电机, 以替代目前大量使用的三相异步电机。

一、抽油机机械采油节能的必要性

由于三相异步电机的转矩与定子电压的平方成正比, 起动时很大的起动电流在较长的配电线路上产生较大的电压降, 从而限制了电动机起动转矩的上升, 给抽油机起动造成困难, 这也就是有些配电线路较长的油井抽油机起动困难的主要原因。如果通过提高电动机装机功率的办法来增加起动能力, 由于功率较大的电动机的起动电流更大, 起动时的电压降更大, 这样就导致了电动机起动转矩增加并不多, 甚至更加不利于起动。因此, 各种异步节能电动机只能起到一定的治标作用, 不可能从根本上解决抽油机驱动电机的“大马拉小车”问题, 这是由异步电动机的机理决定的。

目前机械采油所用抽油机的配套三相异步电动机明显存在“大马拉小车”的问题。电机自身损耗很大, 功率因数很低, 这造成了电能的极大浪费。因此, 开展抽油机机械采油系统的节能工作势在必行。

二、稀土永磁电机节能的基本原理

电动机是以磁场为媒体进行机电能量转换的一种机电产品。根据电机学原理, 异步电动机的转速不可能等于气隙内旋转磁场的同步转速, 这是因为在转子绕组内要产生感应电动势和感应电流, 才能产生电磁转矩, 这是基本条件, 因此异步电动机又称感应电动机。为了使转子绕组上有电流流过, 除感生方式外, 也可以采用传导方式, 这是同步电动机内转子电流的产生方法。

为了建立机电能量转换所需的气隙磁场, 电动机磁路需有一定的磁势源来进行励磁, 因此电动机分为两种类型:一种是电励磁式, 即靠外接电源供给能量进行励磁, 如直流电动机、交流励磁电动机和一般的同步电动机;另一种是永磁式, 即利用永磁材料的固有特性, 经预先磁化 (冲磁) 后, 不再需要外加能量就能建立永久磁场, 这就是永磁电动机。

稀土永磁电机是一种同步电动机, 但不需要普通同步电动机的励磁绕组和集电环, 结构上酷似异步电动机那样简单, 在系统上也不象普通同步电动机那样需要励磁调节系统。它具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、功率因数高、运行稳定、维护简单、性能优良等一系列特点, 集中了异步电动机和同步电动机的优点, 而又克服了两者的缺点。它可以代替异步电动机和同步电动机用在任何场合, 如用在交流变频调速系统中, 将比异步电动机调速系统的性能更加优良。

永久磁铁在经过外界磁场的预先磁化以后, 在没有外界磁场的作用下仍能保持很强的磁性, 并且具有N、S两极性和建立外磁场的能力。因此, 可以用来取代发电机或电动机的电励磁。这种采用永久磁铁作为励磁的电机, 称为永磁电机。

概括起来可总结为三点:

1. 不需励磁电源, 转子使用了永磁材料;

2. 没有励磁绕组, 降低了电机自身的损耗;

3. 功率因数高, 可以节约大量无功补偿容量。

三、TNYC系列抽油机专用稀土永磁电机简介

1. TNYC系列抽油机专用稀土永磁电机的特点

TNYC系列抽油机用三相永磁同步电动机是以Y系列电动机为基础, 其转子镶嵌稀土永磁材料--钕铁硼而制成的新型抽油机用节能驱动装置。它除保留了原来异步电动机结构简单、使用方便、经久耐用等全部优点外, 还具有功率因数和效率高且曲线平坦、起动转矩大、过载能力强等一系列优点, 非常适合于抽油机的特殊运行工况。使用该产品可以使抽油机的装机功率降低一个等级, 彻底解决抽油机驱动电机的"大马拉小车问题"。其外形和安装尺寸则与Y和Y2系列电动机完全一致, 现场换用非常方便, 如与新抽油机配套使用则效果更佳。与普通Y系列异步电机相比, 抽油机专用永磁同步电动机具有如下特点:

(1) 运行效率高

永磁同步电机为同步工作方式, 转子转速与定子旋转磁场完全同步, 与异步电机相比, 无转差损耗;与普通同步电机相比, 转子不需外加励磁电源, 消除了励磁损耗。因此, 永磁同步电机的额定效率可达到94%以上, 高于普通异步电机约4个百分点。更为重要的是, 通过优化设计, 抽油机专用永磁同步电动机轻载时在一定范围内的效率还高于额定值, 最高可达96%左右, 且此最高效率区恰好位于电机的平均负载率所在的区域, 使得高效区得到了展宽, 大大提高了整个冲程内的平均运行效率。而轻载时异步电机的效率已远低于其额定值, 两者在整个负载变化范围内的平均效率差值高达10%以上, 且由于抽油机大部分时间是工作于轻载状态, 因此, 平均有功节电率还可高于此值, 使节电效果更加理想。

(2) 运行功率因数高

同步电动机功率因数的大小由其转子励磁电流来决定, 永磁电机的功率因数则通过其转子永磁体磁场的强弱来决定, 因此可获得任意高的功率因数。经过优化设计, 抽油机专用永磁同步电动机的额定功率因数设计在0.98左右, 且在轻载时还高于额定值, 甚至在一定范围内还可起到补偿电容器的作用, 从而保证整个冲程内的自然平均运行功率因数在0.9以上。由于异步驱动电机的平均运行功率因数在0.4左右, 因此无功节电效果相当显著。

(3) 起动力矩大、起动电流小、过载能力强, 装机功率降低

永磁同步电动机采用异步起动方式, 可以直接起动。为了从根本上解决抽油机驱动电动机的“大马拉小车”问题, 抽油机专用永磁同步电动机的起动力矩和过载能力均提高1个机座号, 最大起动转矩倍数达到3.6倍, 既大大降低了电机的装机功率, 又有效降低了电机的运行损耗, 提高了节电效果。通过改进设计, 在保证起动力矩不降低的前提下, 起动电流得到明显降低。

(4) 是DSM (电力需求侧管理) 技术强有力的技术保障

TNYC系列抽油机专用高效永磁同步电动机应用后, 平均运行电流下降50%以上, 可使6/10KV配电线路上的损耗降低50%以上 (线损与电流的平方成正比) , 极大地降低了配电网和配电变压器上的运行损耗, 为DSM技术提供强有力的技术支持。

(5) 节省补偿电容器

TNYC系列抽油机专用高效永磁同步电动机应用后, 由于自然功率因数可达0.9以上, 完全可以省掉补偿电容器, 进而减少补偿设备的投资和维护费用。由于补偿电容器本身的质量问题等原因, 在户外使用极易衰减老化, 维护工作量很大, 很难起到应有的补偿效果。特别是由于是静态补偿, 补偿后的功率因数在0.7以下, 难以满足要求。

(6) 挖掘电网潜在容量

TNYC系列抽油机专用高效永磁电机应用后, 电机的视在功率降低了50%以上。也就是说, 有一半左右的电网容量被重新开发出来了, 相当于电网的供电能力提高了1倍, 或者说相当于新建了1个变电所。这部分容量可以用来为加密井等新的产能建设项目供电, 减少变电所的建设费用, 极大提高电网的利用率, 充分挖掘电网的潜在容量。

(7) 更换容易、维护方便

TNYC系列抽油机专用高效永磁同步电动机选用时至少可比普通异步电动机降低一个机座号, 现场更换方法与原异步电机相同, 非常容易。其维护要求也与普通异步电机相同, 非常方便。该系列电机的磁钢温度可达150℃, 每台电机出厂时都进行严格的质量检验, 而且具有较完善的售后服务措施, 完全可以满足用户的要求。

四、稀土永磁电机技术发展趋势

1. 向高效节能方向发展

高效是指满载时效率高, 节能是指综合节能效果。如效率相同, 但使用对象不同, 节电效果也不同。一般的稀土永磁同步电机, 平均节电率高达10%, 某些专用稀土永磁同步电机, 如油田抽油机用电机, 节电率高达15%~20%。

电机节能是一项系统工程, 应该从各个方面寻求降低电能消耗的方法。系统输入功率包括配电电源、电动机的控制、电动机本身、电动机与负载的连接以及最终被驱动的负载匹配。例如, 根据国家统计局1989年统计, 全国各类泵类、风机约有3700多万台, 总配套装机容量1.1亿KW, 每年耗电量占全国用电量的1/3。国际先进水平是:风机、水泵本身运行效率一般在85%以上, 系统运行效率是80%左右。而目前我国国产设备的本体设计效率为75%, 系统运行效率不到30%, 电源浪费十分严重。这种状况目前并未改变。

欧美等工业发达国家, 提高电动机效率重点放在异步电动机上, 英国三相异步电动机的用电量占电动机总用电量的86%。美国和欧盟在37k W以下的电动机台数占总装机台数的95%, 所以把节能重点放在异步电动机上是理所当然的。

根据我国国情, 高性能的稀土永磁材料已实现产业化, 钕铁硼的产量现已居世界第一位, 钕铁硼的价格也趋向合理。计算结果统计资料表明, 中小型永磁同步电动机的效率可提高5%, 节电率10%, 某些专用永磁同步电机节电达15%~20%。所以发展永磁同步电动机是新世纪电机工业技术发展趋势之一。

2. 向机电一体化方向发展

要提升传统机电产品的水平, 必须紧紧抓住机电一体化这个环节。实现机电一体化的基础, 是发展各种机电一体化需用的各种高性能稀土永磁电机, 如数控机床用伺服电机, 计算机用VCM音圈电机。一台60把刀加工中心, 要配备30台伺服电机。变频调速稀土永磁同步电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。

3. 向高性能方向发展

现代化装备向电机工业提出各种各样的高性能要求, 如军事装备要求提供给各种高性能信号电机, 移动电站, 自动化装备用伺服系统及电机, 航空航天用高性能、高可靠性永磁电机, 化纤设备用高调速精度变频调速同步电动机, 数控机床、加工中心、机器人用高调速比稀土永磁伺服电机, 计算机用高精度摆动电机及主轴电机等等。

4. 向专用电机方向发展

电机所驱动的负载千变万化, 如全部采用通用型电动机, 在某些情况下, 技术经济很不合理。因此国外大力发展专用电机, 专用电机约占总产量的80%, 通用电机占20%。而我国恰恰相反, 专用电机只占20%, 通用型电机占80%。专用电机是根据不同负载特性专门没计的, 如油田用抽油机专用稀土永磁电机, 节电率高达20%。这方面的节能潜力很大。电机工作者不仅要研究电机本身, 更应当研究所驱动负载的特性, 设计出性能先进、运行可靠、价格合理的稀土永磁电机产品。

5、向轻型化方向发展

航空航天产品, 电动车辆、数控机床、计算机、视听产品、医疗器械、便携式光机电一体化产品等, 都对电机提出体积小、重量轻的严格要求。有些还对产品形状提出要求, 如信息产品提出扁平化, 世界上最小的电机已达到Φ0.8mm、102mm, 用于医疗检测。

五、促进稀土永磁电机推广应用的建议

1. 自上而下要高度重视电机节能工作

自十一届三中全会以后, 国家开始重视节能工作, 明确提出:“开发与节能并重, 把节能放在首位”的能源方针。这一方针, 对开展、推动电机节能工作指明了方向。对我们油田而言, 各级领导、各级主管部门、各级管理人员都应该不断提高认识, 高度重视电机节能工作的有效开展。为此, 应当大力开展节能宣传教育活动, 增强企业全民节能意识, 特别是各级主管部门应把电机节能工作列入日常工作日程, 采取主管部门干预的办法, 淘汰耗能大的落后电机产品, 逐步推广新型节能电机。

2. 大力开展节能电机效果评价工作

目前存在的低效电机不能淘汰, 高效电机无法推广这一情况, 是和没能很好地开展节能电机的效果评价工作有关的。

因此, 为了能够大力推广节能电机新产品, 各级主管部门应有针对性地、很好地开展节能电机效果评价工作。

3. 电机选用时应和电机厂家密切联系, 合理选型。

使用单位在选电机时往往容量过大, 大马拉小车情况严重。电机负载率低, 不仅在价格上多投资, 而且能源浪费严重。负载率低的原因, 除选配人员思想保守外, 认为选配容量大一点的电机, 使用起来安全可靠。此外也有实际问题, 如电机的连接尺寸, 所传动机械的起动转矩、峰值功率大、机械产品在运转过程中负载有变化等, 如油田抽油机起动时需要较大的功率, 正常运转时, 功率就降低了。这样就需电机设计者与电机使用者密切结合, 研究设计起动转矩倍数高的产品。从而在选用电机时就可以减小配套电机容量, 这样既能减少投资, 又能节约能源。

8.永磁同步电机技术标准 篇八

关键词：永磁同步电机；调速控制；免疫PID控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-01

Permanent Magnet Synchronous Motor Control System Study on Sewing Machine

Sun Lin

(Zhejiang Shuren University,Hangzhou310015,China)

Abstract:The traditional PID control and immune PID control in permanent magnet synchronous motor(PMSM)speed control system for comparison.The test results show that the immune control system PID control method has small overshoot,fast response,good robustness,the advantages of strong anti-interference ability.This is a very high performance requirements for sewing machines,the use of immune PID control better improve its performance.

Keywords:Permanent magnet synchronous motor;Speed control;Immune PID control

一、工业缝纫机系统

工业缝纫机伺服控制系统主要有四个部分组成伺服控制器、伺服电机、功率驱动器、电磁阀。伺服控制器和人机接口主要实现的功能：控制单台电机即主驱动电机的运动，面向操作者，接收设定的信息，显示运行状况，驱动电磁铁，完成辅助机构的功能，如：剪线、扫线、前后加固等。功率驱动器主要完成伺服电机的定子电流的产生，并保护电路不被损坏。电磁阀辅助缝纫机完成自动剪线、自动扫线、自动反缝、自动抬压脚等功能。

二、免疫控制系统设计原理

免疫控制器是借鉴生物系统的免疫机理而设计出的一种非线性控制器。免疫是生物体的一种特性生理反应，生物体的免疫系统对于外界入侵的抗原，可产生相应的抗体来抵御。抗原和抗体结合后，会产生一系列的生物反应，通过吞噬作用或产生特殊酶的作用而毁坏抗原。生物的免疫系统由淋巴细胞和抗体分子组成。淋巴细胞又由胸腺产生的T细胞（分别为辅助T细胞TH和抑制细胞）TS和骨髓产生的B细胞组成。当抗原侵入机体并经周围细胞消化后，将信息传递给T细胞。即传递给TH细胞和TS细胞，然后刺激B细胞。B细胞产生抗体以消除抗原。

生物免疫系统通过上述的免疫机理，可知其抗御抗原的自适应能力却非常明显。将其特性运用在永磁同步电机调速系统的动态调节过程中，也就是要求在保证系统稳定的前提下，快速消除转速误差，这与免疫系统的总目标是一致的。

由此，可以得出免疫PID控制器基本模型：假设第k代的抗原数量为e（k），由抗原刺激的TH细胞的输出为TH（k），Ts细胞对B细胞的影响为TS（k），则B细胞接受的总刺激为

=-（1）其中==

以PI控制器的输出作为抗原的数量e（k），即免疫控制器的输入；B细胞接受的总刺激作为系统输出，即永磁同步电机的控制电压。由此得到如下反馈规律：

={-}={1-}=（2）式中：，分别为细胞促进因子和细胞抑制因子；为选定的表示抑制比例的非线性函数，为控制响应速率，为控制稳定效果，=/。其中为常规PID控制器中输出的控制量，表达式如下：＝＋＋（3）将式（3）代入（2）式，得＝（4）其中，，分别为PID的比例，积分和微分参数。

三、采用免疫PID控制的调速系统结构

在负载波动较大或对速度转矩控制控制精度较高的缝纫机应用场合，传统的PID控制很难满足要求。所以需针对缝纫机伺服系统进行改进，速度环不再沿用常规的PI或PID调节器，而是替换为免疫PID控制器。其目的在于：充分发挥免疫机理和模糊控制两者的优点，在保证系统控制精度的前提下，达到提高系统快速性且确保控制鲁棒性的目的。

四、实验结果

为了验证效果，在PMSM调速系统上使用免疫PID控制，与采用常规PID控制方式进行比较。实验用永磁同步电机各项参数设置为：额定电压U=300V，额定功率P=400W，额定转速n3=2000r/min，定子每相绕组电阻R=7.5Ω，定子d相绕组电感Ld=32mH，q相绕组电感Lq=75mH，转动惯量J=0.0021kg·m2，电机极对数p=2。输入额定转速n3=2000r/min，免疫控制参数：k1=0.4，η=0.6。空载起动，在0.4s时突加负载TL=1N·m，得到的电机转速响应曲线如图4和图5所示。

图4.免疫PID控制速度曲线图5.常规PID控制速度控制

经比较可以看出：对于免疫PID控制，系统响应快速且超调量小，在突加负载的情况下，又能迅速恢复到平衡状态，稳态运行时无静差。对比常规PID控制（图5）可知：常规PID控制不仅使输出超调明显，而且在突加负载后转速偏差较大，控制精度较低。

五、结论

从实验结果可以得出：采用免疫PID控制的PMSM调速系统具有响应快、超调小、脉动幅度小、抗干扰能力好等特性，较常规PID控制具有良好的稳定性、响应速度、抗干扰能力等优势。验证了免疫PID控制应用于工业缝纫机的调速控制当中具有更快的启动速度、更平稳和更好的抗干扰能力。

参考文献：

[1]王明亮.基于永磁同步电机的工业缝纫机控制系统[J].2006

[2]王易.免疫学导论[M].上海中医药大学,2007