新型永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)、分析與應(yīng)用探討

黃旭偉

摘?要：新型永磁電機(jī)屬于高效節(jié)能的動(dòng)力裝置，已被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及生活領(lǐng)域。因此，本文從不同層面入手探討、分析了新型永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用，促使新型永磁電機(jī)在高效運(yùn)轉(zhuǎn)過程中功能作用順利發(fā)揮，最大化提高經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：新型永磁電機(jī);設(shè)計(jì);應(yīng)用

在新形勢(shì)下，國(guó)家對(duì)節(jié)能、減排、環(huán)保等的重視程度明顯提高，研發(fā)、設(shè)計(jì)以及運(yùn)用高效節(jié)能裝置至關(guān)重要。與此同時(shí)，新型永磁電機(jī)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用要求明顯提高，要在把握新型永磁電機(jī)類型、運(yùn)行原理、控制方法等基礎(chǔ)上圍繞現(xiàn)代動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)，規(guī)范化設(shè)計(jì)新型永磁電機(jī)，有著較高的整體性能，在實(shí)際運(yùn)用中具有安全性高、能耗低、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)綜合效益目標(biāo)。

一、新型永磁電機(jī)及其設(shè)計(jì)、分析

（一）永磁電機(jī)替換傳統(tǒng)電機(jī)的適用性

隨著行業(yè)以及領(lǐng)域深層次發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、整體性能、功能作用等有著更高層次的要求，傳統(tǒng)電機(jī)在運(yùn)行過程中缺陷問題不斷呈現(xiàn)，比如，能耗較大、機(jī)械效率不高，導(dǎo)致各類故障問題頻繁發(fā)生。與此同時(shí)，新型永磁電機(jī)類型并不單一，比如，調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)、異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)，各具優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、功能作用，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)電機(jī)在運(yùn)行中存在的缺陷問題。新型用地電機(jī)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)體現(xiàn)在多個(gè)方面，一是高效節(jié)能。勵(lì)磁磁場(chǎng)由永磁體提供，永磁轉(zhuǎn)子運(yùn)行中不需要?jiǎng)?lì)磁，可以大幅度提高運(yùn)行效率，運(yùn)行效率在90%以上，高效率運(yùn)行的同時(shí)有著較廣的轉(zhuǎn)速范圍，節(jié)能效果明顯，特別是在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候。二是溫升低。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子無(wú)電勵(lì)磁，表示沒有損耗發(fā)熱，永磁電機(jī)運(yùn)行中溫度也很低。三是較高的起動(dòng)性能、功率因數(shù)以及功率密度。在永磁電機(jī)正常運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子繞組并不發(fā)揮任何作用，可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子繞組，讓其滿足高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，從1.8倍上升到2.5倍，還可以更大。在永磁電機(jī)高功能因數(shù)作用下，不需要再安裝任何規(guī)格、性能的補(bǔ)償器，變壓器利用效率也能明顯提高。永磁電機(jī)還有著較高的功率密度，利于節(jié)能改造升級(jí)，更好地降低運(yùn)行中的能耗，最大化提高節(jié)能效果?？梢?，利用永磁電機(jī)替換傳統(tǒng)電機(jī)具有適用性。

（二）永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與分析

綜合分析永磁電機(jī)運(yùn)行原理以及運(yùn)行中兩類主要的控制方法，即矢量變換控制方法、直接轉(zhuǎn)矩控制方法。針對(duì)新型永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則，根據(jù)工作特性、運(yùn)行參數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度、電機(jī)性能[1]，細(xì)化分析空載以及負(fù)載各自作用下的磁場(chǎng)，對(duì)比不同負(fù)載情況下轉(zhuǎn)矩等，科學(xué)設(shè)計(jì)新型永磁電機(jī)，對(duì)電路以及磁路進(jìn)行合理化解耦，提升新型永磁電機(jī)的磁負(fù)荷、電負(fù)荷，確保其在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也能降低能耗，有著較高的運(yùn)行效率以及效益。

（1）新型永磁電機(jī)磁極與繞組設(shè)計(jì)。新型永磁電機(jī)磁極類型多樣化，環(huán)形、扇形等，在工藝流程、加工、裝配等方面各具優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在對(duì)比、分析的基礎(chǔ)上明確所設(shè)計(jì)的新型永磁電機(jī)磁極類型，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程的同時(shí)降低磁極加工、裝配等方面難度系數(shù)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)流程等，充分利用永磁材料，規(guī)范化設(shè)計(jì)電機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)體系，具有多樣化的優(yōu)勢(shì)作用，彌補(bǔ)圓柱形磁極、扇形磁極等應(yīng)用中呈現(xiàn)的缺陷。

（2）繞組注塑成形工藝設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。繞組注塑成形工藝設(shè)計(jì)是新型永磁電機(jī)設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)，要在把握工藝流程的基礎(chǔ)上利用繞線模、定位模、壓鑄模[2]，進(jìn)行有效繞組注塑成形工藝設(shè)計(jì)。先要根據(jù)注塑成形工藝要求，優(yōu)化繞組元件成形環(huán)節(jié)，規(guī)范化成形的同時(shí)準(zhǔn)確定位、合理連接應(yīng)用其中的繞組元件，巧用焊接方法，將繞組元件、換向器二者焊接在一起，再巧用絕緣材料，將繞組注塑成盤形。此外，根據(jù)新型永磁電機(jī)控制方法，從矢量變換控制、直接轉(zhuǎn)換矩控制兩大層面入手，巧用現(xiàn)代仿真軟件設(shè)計(jì)，構(gòu)建仿真模型，在分析仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合控制流程、控制要求等，優(yōu)化利用傳感器技術(shù)等，科學(xué)設(shè)計(jì)新型永磁電機(jī)的控制系統(tǒng)，在自動(dòng)化調(diào)控的過程中最大化提高電機(jī)整體性能，降低能耗以及電機(jī)運(yùn)行中各類故障發(fā)生系數(shù)。

（3）新型永磁電機(jī)試驗(yàn)與測(cè)試分析。在新型永磁電機(jī)設(shè)計(jì)好之后，要從空載、負(fù)載、溫升、定子直流電阻、耐壓等層面入手[3]，巧用相關(guān)的現(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)備、現(xiàn)代化技術(shù)手段，模擬逼真的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行針對(duì)性、層次化以及系統(tǒng)化試驗(yàn)，保證試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)性以及全面性。隨后，細(xì)化分析新型永磁電機(jī)試驗(yàn)結(jié)果，在優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、更新升級(jí)零部件等基礎(chǔ)上促使新型永磁電機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在此過程中，還要根據(jù)結(jié)構(gòu)體系、運(yùn)行原理等，對(duì)新型永磁電機(jī)進(jìn)行有效節(jié)能測(cè)試，分析測(cè)試結(jié)果的同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)各組成部分性能，將運(yùn)行各環(huán)節(jié)能耗最小化，保證電機(jī)安全運(yùn)行的同時(shí)最大化提高節(jié)能效果以及經(jīng)濟(jì)性。

二、新型永磁電機(jī)應(yīng)用

新型永磁電機(jī)優(yōu)勢(shì)作用多樣化，已被廣泛應(yīng)用到冶金行業(yè)，比如，皮帶機(jī)、液壓站等變量負(fù)載工況的節(jié)能。以“冶金液壓站”為例，冶金作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，危險(xiǎn)類作業(yè)特別多，作業(yè)中存在不確定因素，液壓站電機(jī)運(yùn)行中極易受到作業(yè)環(huán)境、自身質(zhì)量、人員操作等方面因素影響，導(dǎo)致運(yùn)行異常，引發(fā)故障問題、安全事故。電機(jī)是液壓站運(yùn)行中必不可少的設(shè)備，由于冶金作業(yè)技術(shù)要求特別高，作業(yè)流程復(fù)雜化，傳統(tǒng)電機(jī)很難滿足當(dāng)下冶金要求。作為動(dòng)力裝置，新型永磁電機(jī)在運(yùn)行安全性、節(jié)能降耗、機(jī)械效率等層面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以將其靈活及有效應(yīng)用到冶金液壓站中。根據(jù)冶金液壓站運(yùn)行中呈現(xiàn)的問題，在對(duì)比、分析新型永磁電機(jī)和傳統(tǒng)電機(jī)基礎(chǔ)上合理調(diào)整冶金工藝流程，明確冶金作業(yè)環(huán)境危險(xiǎn)點(diǎn)及冶金重點(diǎn)、難點(diǎn)，完善冶金整個(gè)作業(yè)流程，在高效應(yīng)用新型永磁電機(jī)的過程中降低故障問題及安全事故發(fā)生率，保證冶金作業(yè)安全及質(zhì)量的同時(shí)降低冶金作業(yè)難度系數(shù)等。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，在節(jié)能減排等背景下，設(shè)計(jì)、分析及應(yīng)用新型永磁電機(jī)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，要在分析電機(jī)內(nèi)部電磁場(chǎng)、優(yōu)化電機(jī)參數(shù)、完善控制方法、調(diào)控功率因數(shù)等過程中高效設(shè)計(jì)新型永磁電機(jī)，促使運(yùn)行更加安全、可靠，在細(xì)化分析的基礎(chǔ)上靈活應(yīng)用到行業(yè)以及領(lǐng)域中，有效控制負(fù)載、損耗的同時(shí)提高運(yùn)行效率及綜合效益。

參考文獻(xiàn)：

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