永永磁电机综述及退磁分析.概要

永永磁电机综述及退磁分析

1能源的重要

1,1可再生能源研究现状及发展趋势

能源是当今社会存在和发展的基础，随着人们生活水平的提高和社会的发展，人类对能源的需求正在逐渐增大，而能源的短缺正成为制约社会发展的重要因素。对传统能源的开发利用不仅受到资源有限的限制，而且在能源使用的过程中还会产生温室效应和环境污染等全球性问题。因此，通过对新型能源的开发，实现资源的持续利用和人类社会可持续发展具有重要作用。目前可以对新型能源进行开发利用的主要有光伏发电、风力发电、潮汐能发电以及生物能和水力能发电等。近年来，随着电力电子技术的发展，风力发电的利用及其优势开始显现，它是可再生能源中技术最成熟、发展速度最快、最具有商业发展潜力的新能源之一；光伏发电技术具有对环境影响小的优点，但是太阳能光伏电池板和逆变器的高成本限制了其在光照强度不强的地区的应用；潮汐能发电具有对地理位置要求高，发电设备需安装在海底，稳定性差等缺点，因此很难进行大规模开发利用；生物能和水能的利用同样受到地域、成本以及环境的影响，因此对生物能和水能的开发利用也较难。

1.1.1 全球可再生能源研究现状及趋势

进入21世纪，世界各国都加大对风能、光伏等可再生能源的研究利用。发展可再生能源己经成为许多国家对能源进行研究和开发的主要内容。2006年3月，欧盟首脑会议确定到2020年风能、光伏等新型能源消费总量要占到传统能源消费总量的20%；2011年美国提出到2030年全美20%的电力供应由风力发电提供，生物燃料消费量要占汽车燃料消耗量的30%以上；印度在2009年风电装机容量已达到1100万千瓦时，装机总容量排在世界第5位；巴西通过利用甘蔗等本地资源大力发展生物能，到2008年底生物燃料总产量已达两千多万吨，并且计划到2030年底生物能年产能达到750亿升，从而将生物能的生产作为巴西经贸的主要资源。

目前，全球己有60多个国家制定了相关的法律、法规或行动计划，通过立法的强制性手段保障可再生能源战略目标的实现。到2009年底，全球风能和太阳能等可再生能源总共约贡献了1.7%的发电量，占全球能源消费总量的0.7%。风力发电总装机容量增长了31%，生物燃料发电量增长了8%，太阳能发电总装机容量也已达到10000兆瓦以上。总之，目前可再生能源的发展正朝着生产技术逐渐成熟、项目规模逐渐增大、建设快速逐渐加快、投资渠道逐渐增多、生产设备效率逐渐提高、设备维护逐渐便利的方向发展。

1.1.2 我国新能源发展现状及趋势

可再生能源是我国能源资源的重要组成部分，它在环境污染治理、经济社会发展、能源供应和能源结构改造等方面发挥了重大作用。由于政府的大力引导和支持以及市场需求的推动，我国可再生能源的发展具有良好的内外部条件，我国可再生能源开始进入快速发展。2009 年，我国新能源年年产能值相当于2.6亿吨煤的产能，占到我国能源消费总量的8.34%。到2011年底，我国水力发电总装机容量1.97亿千瓦时，居世界第一；风力发电总装机容量达2730万千瓦时，新增装机容量居世界第一，总装机容量居世界第三；太阳能光伏电池年产量达4 千兆瓦时，为全球份额的40%，太阳能热水器总超过1.45亿平方米居世界第一。尽管我国新能源行业各方面发展迅速但其规模化和产业化发展仍然面临诸多问题，主要有：①市场机制成不够熟，使得新能源产业很难和传统能源产业竞争；②能源政策和配套措施不完善，对可再生能源企业扶持力度不够；③企业对新能源的战略地位认识不够，以及对对能源企业发展的衔接性和科学性认识不足；④企业和政府对新能源的研发投入不足；⑤整个产业链体系较薄弱，利润率较低；⑥对我国新能源产业评估不深入，不利于新能源的产业化发展。总之，新能源产品市场竞争力低、成本价格高是我国可再

生能源产业发展面临的主要问题，解决问题的根本途径是大力推进可再生能源的产业化、规模化发展[1]。

能源紧张是影响我国国民经济发展的一个重要问题，也是全世界共同关心的阔题。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。据国际电工委员会（IEC）统计，工业用电动机消耗全世界发电量的30％－40％，我国电机系统用电量约占全国用电量的60%，其中风机、泵类、

压缩机和空调制冷机的用电量分别占全国用电量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。电机系统量大面广，节电潜力巨大。改善整个驱动系统（电动机和调速传动）和应用技术（或工艺技术）的效率对节能关系重大，系统优化总的节能潜力可达到30％～60％。据行业协会统计，全国现有各类电机系统总装机容量约7亿kW，运行效率普遍比国外先进水平低10~20个百分点，相当于每年浪费电能约1500亿kWh。为此国家发改委在“十大重点节能工程实施意见”中提出：要推广高效节能电动机、稀土永磁电动机；同时推广变频调速、永磁电动机调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式。并建议在以下领域推广应用稀土永磁电动机和调速系统：电力：用变频、永磁电动机改造风机、水泵系统，重点是20万kW以上火力发电机组。冶金：鼓风机、除尘风机、冷却水泵；加热炉风机、铸造除鳞水泵等设备的变频、永磁电动机调速。机电：研发制造节能型电机、电机系统及配套设备。轻工：注塑机、液压油泵的变频、永磁调速。其他：企业空调和通风、楼宇集中空调的永磁电机系统改造等。据国际能源机构（IEA）2006年7月的工作报告，通过改善电动机效率结合变频调速可以节约大约7％的电能，其中大致有1／4～1／3是靠提高电动机效率来获得的，其余部分则来自系统的改进。目前，美、欧、日、澳大利亚、巴西等国都纷纷制订电动机效率限值，并强制执行。为协调各国能效分级标准，2006年IEC制定一项新的能效标准IEC60034－30。该标准将一般用途电动机效率水平分为IEl（International Efficiency，简称IE）、IE2、IE3和IE4四级，其中IEl为标准效率，相当于我国目前生产的普通系列感应电动枫的效率水平；IE2为高效率，比普通电机的效率平均提高2.75个百分点，损耗平均下降20％左右；IE3为超高效率，即效率再提高1.5一2个百分点，损耗平均再降低15％左右；IE4为超超高效率，损耗预计再下降20％左右，需要进行全新的电机设计，建也新的体系结构（新的电机极数、速度范围），采用更高性能的材料。

众所周知，永磁电动机采用永磁体励磁，不需要无功励磁电流，所以显著提高功率因数，减小了定子电流和定子电阻损耗；而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇（小容量电机甚至可以去掉风扇）和相应的风摩耗，从而使其效率和功率因数比同规格感应电动机高。而且在轻载时仍可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著。因此，永磁电动机较容易做到高效率，既达到lE2级的效率值。如果进一步优化设计，采用高性硅钢片和先进工艺，在降低一个机座号或者缩短铁心的情况下，可以达到超高效，既IE3级的效率值；在不降低机座号或适当增加铁心的情况下，部分规格有可能达到超超高效，既IE4级的效率值[2]。

我国稀土资源丰富，钕铁硼永磁材料的年产量已居世界第一，国内高品质的钕铁硼永磁体已能批量生产，世界磁性材料的中心已转移到中国，这为发展我国稀土永磁电机产业打下了良好的基础大力发展稀土永磁电机和稀土永磁材料，将资源优势变为经济优势，将极大地推动我国稀土产业的发展。同时为节能降耗、保护环境、实现国民经济持续发展做出重大贡献。

2.永磁电机的特点

与传统的电励磁电机相比，稀土永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高、电机的形状和尺寸灵活多样等显著优点。因此稀土永磁电机的应用范围极为广泛，遍及航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的各个领域。它包括永磁同步电动机、永磁发电机、直流电动机、无刷直流电动机、交流永磁伺服电动机、永磁直线电机、特种永磁电机及相关的控制系统。种类几乎覆盖了整个电机行业。

（1）稀土永磁电机结构简单

体积小，重量轻，耗材少，同容量的永磁同步电机体积、重量、所用材料可以减小30%左右。永磁同步发电机与传统的发电机相比，，不需要集电环和电刷装置，结构简单，降低了故障率。采用稀土永磁后还可以增大气隙磁密，并把电机转速调整到最佳值，提高功率质量比。现代航空、航天用发电机几乎全部采用稀土永磁发电机。永磁发电机也用作大型汽轮发电机的副励磁机。目前，独立电源用的内燃机驱动小型发电机、车用永磁发电机、风轮直接驱动的小型永磁风力发电机正在逐步推广。随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善、价格的逐步降低以及电力电子器件的进