1.1磁力传动是密封领域最有效最安全的解
永磁传动即永磁联轴器对于需要密封的机械，对有害、有毒、污染、危险、纯净、贵重的产品和生产过程是一最安全解，它的应用范围很宽。石油化工、医药、电影、电镀、核动力等行业中的液体大都具有腐蚀性、易燃、易爆、有毒、贵重，泄漏会带来工作液体的浪费与环境污染；真空、半导体工业要防止外界气体的侵入：饮食、医药要保证介质的纯净卫生。永磁传动技术在这些领域找到了用武之地。英国Howard机械发展有限公司(HMD)从1946年就致力于无密封泵的制造，至今在全世界37个国家已销售近7万台,每年销售额达28百万英镑[1]。美国一家制药厂有上百个装有机械密封的离心泵，处理各种酸类，这些泵由于设计问题常常干运转，仅能使用2~3个月就自行破坏，换用了Ansimag公司生产的K1516系列磁传动泵，自1993年投入运行（每天操作4.8小时每年365天）至1998年还在运行[2]。美国中西部的容器板厂，合成苛性纳是回转叶片泵密封的极大问题,这里的工程师称这些泵是“维护黑夜里的天”安装了Ansimag公司的ETFE衬里无密封磁力泵,运行11个月没有停机[3]。美国一大型化工厂面临着输送甲醇的严重困难。因甲醇易燃，60℃接近沸腾，流量仅7m3/h，压差高达250m。问题的解决靠的是Dickow磁传动多级端吸泵，它的流量是15m3/h，压差400m,确保了甲醇的零泄漏,保证操作人员与工厂的安全，并解决了甲醇中含有气泡输送问题[4]。
1.2磁力泵在技术性能上向微型,大型化发展
为满足国内外市场需要，石油化工公司成套设备向大型化发展，我国必须有一批年产千万吨级的炼油厂、百万吨级的乙烯装置。机械装备要满足重负荷、长周期、低能耗，并符合环保要求。我国在仿制国外产品中发现，制造磁力泵的材质和工艺要求是很高的。即使11~13kW的中小功率泵,其可靠性制造成本也无法让用户接受。对于耐强腐蚀、高压、高温的大功率泵尚属空白。目前磁力泵的发展极限应由HMD公司的产品来描述：流量由1m3/h到681m3/h，压差由10m到500m，温度范围由-100℃到450℃，系统压力从真空到400bar，原动机功率达350kW。微型泵是专门为某些部门研究开发出来的，例如激光器的冷却、分析仪器的供料、化学剂的补充、生物工程、冷却循环，以至于打印机的喷嘴等。齿轮泵与电机一体化封闭联接，适用24V、36V直流电源，速度人工自动控制。最低流量为10ml/min，压差7bar。日本Iwaki公司为电镀、冷却循环用的MD系列微型磁力传动齿轮泵的流量范围是7.5~288L/min，传动功率1/25~1/3马力。
1.3各种类型的泵均可改造为磁力传动泵
离心泵是磁力泵的主导产品，磁传动回转位移泵虽有25年的历史，仅近七八年在设计制造水平以及大扭矩能力方面才有广泛的基础。重点是磁力传动齿轮泵与螺杆泵，最大传动能力达400Nm,转速3500r/min时功率为150kW。地处美国边界犹地州气体动力厂，透平压缩机的泵是常轨的外啮合齿轮泵。油泵因高压差平均每两个月便过度磨损而报废，造成压缩机关闭。1992年改用磁传动三螺杆泵后，一直连续运转，不用任何维护。英国Tuthill成功地应用了它的磁传动齿轮泵为Scottish公司的过程水系统中泵入添加剂，该泵取代了螺杆泵，符合卫生安全条例。
1.4磁力传动压缩机
磁力传动的内轴承位于所密封的空间内，它用密封的介质和冷却。鉴于我国材料制造水平，磁力传动在气体输送机械中尚未应用。加拿大Nova磁有限公司生产的超压风机，在170bar氦气压力下，泄漏率小1cm3/h，轴承寿命超过10000h。另一系列的加压风机，自由排放流量750m3/h，在400m3/h流量时系统压差35MPa，实现了零泄漏。此外，磁传动的特殊性能同样应用于无泄漏的搅拌器、阀门等设备。在冷冻机中的应用还未得到相关信息，笔者为实现将磁力传动应用于冷冻压缩机正在作探索工作，因冷冻剂尤其是氟里昂的外泄会造成严重的环境问题。
2新技术、新工艺、新结构
磁力传动技术并非只是简单的利用磁体的同性相斥、异性相吸作用，它是传动技术、材料技术、制造技术的集成。世界一流的专业生产厂，他们的产品在世界享有声誉，以至于我们无法仿制，其原因就在如此。现在这些“老手”还在进行效率和质量的改进，减少成本，延长两次检修之间的平均时间。
2.1新材料、新工艺
磁性材料的选用各国基本认识统一，NdFeB材料工作温度低于150℃，SmCo材料工作温度低于250℃，对于微型泵可选用钡铁氧体。泵体材料分金属、非金属两大类。金属不锈钢不意味着对一切液体都是不锈的，它主要用于与其兼容的过程液体、贵重液体、超纯净液体。非金属是专门为腐蚀性应用而研制的。它又分为2种情况。其一是纯塑料泵，用纯聚丙稀或乙烯氟化物热塑铸模。如英国VantonCGM泵流量为136m3/h，扬程84m（温度135℃），电机功率32kW。其二是衬里泵，是目前流行的耐腐蚀泵内衬塑料的一种方法。一般泵体可用可锻铸铁制造，FEP、PP、PFA、PVDF、ETFE无缝衬里。Magnetix新的MTA系列无密封泵与其它衬里泵的关键优势是应用了它的先进PFA氟聚合物衬里，PFA以它独特的广泛的耐化学剂腐蚀的能力，比ETFE，PVDF或其它非金属材料而闻名。采用专利技术：浇铸压膜工艺，联接的PFA衬里厚而均匀，与旋转模铸相竞争。应用于高纯度和高温流体更为理想。ISO泵PTFE衬里最小厚度3mm，用榫槽压入泵壳，泵壳用硼硅玻璃制造。隔离罩是密封的关键部件，它的破裂会导致流体泄漏发生灾难性的危害。单层金属封罩应用范围很广，尽管涡流会产生热量有能量损失，若采用高强度、高电阻材料可以限制到最小损失，如：哈氏合金C-4(2.4610)。由Taiani发明的金属叠层隔离罩取得5国专利，在许多设计中已被应用，它的效率可达99%，传动功率150马力。单层陶瓷ZrO2（氧化锆）隔离罩，耐苛性溶液，酸的腐蚀，具有高硬度和良好的滑动性能，及高的机械强度和弹性（E=2×105N/mm2），已用于工作压力250bar。但陶瓷罩壁厚较大，不能塑性加工。1999年初获得美国专利的IMO泵，新的隔离罩用碳纤维与环氧树脂制造，厚度小于2.8mm，与不锈钢法兰相联。适于操作压力31bar、温度232℃，传动扭矩407Nm，在3600r/min下功率达149kW。双层隔离罩提供了双保险和可供检测的空间。日本IWAKIMDE系列泵双层罩由玻璃纤维增强塑料制造。AnSimag双层环氧树脂隔离罩磁传动泵为造纸厂输送氧化铝，运转2年没有更换任何部件。隔离罩焊接是结构的薄弱点和腐蚀的敏感源，先进的制造方法是塑性成型，如深拉、旋压、延伸旋压。轴与滑动轴承由高耐磨性SiC制造。干运转按惯例是无密封磁力泵的凶兆。精心的流体平衡设计，后部密封圈与叶轮孔联合作用，平衡液体轴向推力减小叶轮的压力。入口调整阀防止低流量时的预旋，减小湍流，保证低流量操作。两个烧结SiC轴承优化设计支承点，轴套中的螺旋槽帮助冲洗和轴径，提供干运转30min的保证，可使操作者有时间调整系统，恢复正常运转，避免灾难性破坏。德国ITTRichter公司的MNKA系列泵的纯SiC轴承，在2900r/min下可以干运转1h。
3.2新技术
以最优的物理尺寸保证经济有效地利用磁体的体积，静磁脱开扭矩与温度的相关性通过有限元计算和广泛的试验。轴向与径向轴承由泵送介质来进行。流道提供必须的流量。新的自动调节轴承可承受大的轴向推力和径向力。具有超群的抗腐蚀和耐磨能力的SiC或碳石墨制造的滑动轴承，它缩装在金属外壳内，保证机械运转的稳定性，即使轴肩破坏，仍保持轴承的可靠性和可维修性。另一技术是流体平衡，使轴承所受的力限制到最小。目前内轴承的寿命可达到10000h。高温问题：KSB热油泵用环形冷却器来包围联轴器室，保持磁体附近的温度在材料最大允许温度之下，尽管介质平均温度是350℃。HMD的涡流型联轴器具有独特的“扭矩圈”设计，扩大温度范围至450℃不需要冷却。专利技术—风机自动冷却：在各种速度范围内磁联轴器可自动冷却，不需要外部冷却系统，仅用环形气室传动子自动完成。完全可靠性：在磁联轴器上装有摩檫圈以保护磁体；为防止干运转，流量传感器可以安装在用户管线上，确定断流或低流；国外机组随机装备数字式功率控制监控器来确定超载条件，泄漏传感器、温度传感器，使用PLC（可编程控制器）实时监控磁传动的工作情况。连续监视外轴承的运转间隙，监视任一球轴泵的磨损，使轴泵在损坏前及时更换。
2.3新结构
几乎所有的磁力传动泵均采用“后拉出”结构。整个联轴器部件、轴承部件分别作为一个单元，拆卸时不必从管路、底坐上拆出泵壳，益于检修服务。例如日本富士山胶片化学公司以前使用双机械密封离心泵，由于化学品的腐蚀磨损,轴封至少一个?????????更换一次。该密封的更换是很昂贵的，通常占泵总价值的25%，更换时间要花费5个小时。改用Global磁传动泵后，运行了2年完全成功。与双机械密封相比，检修周期增加了1倍，装拆一次减少到15min。1997年年内全部输送泵均更换为磁力泵，并将泵的预期寿命（不用任何服务）规定为5年。ALLweiler理智的提出无叶轮轴设计，叶轮安装在SiC轴承中间，标准间隙正在申报专利。风机应用分开式电马达，插入式套筒内轴承，无论是检修马达还是风机轴承均可在30min内完成。零部件大范围的与EN22858/ISO2858、ANSIB73.1、API610、DIN、BS等标准泵互换。平衡按API/ISO实施。
3先进制造技术与管理
为适应全球化竞争与合作，世界泵业都在发展自已的技术优势，扩大产品范围以适应世界大市场的多样性、个性化需求。产品在满足功能要求的同时，毫无疑问应充分满足严格的安全性、可靠性和生态环保要求。先进制造技术是产品先进的主题。磁传动泵的先驱者HMD三年前推出了长远生产方式和完全的研究计划，最后重新设计它的装配设备。投资100万英镑来扩充HMD的产品能力，又花费70万用于新的高速加工系统，购买了6套加工中心。然而不单是用先进的机器来增加产量，重要的是建立挠性加工，减少循环时间。以往扭矩圈要围绕工厂传送540m，在制造链上要花费8~9周时间，今天，制造是家庭式的组织，许多机器均连于公司的CAD/CAM系统，工程师根据用户迅速对标准件做出创造性改革，直接上载到加工中心。同一扭矩圈运行30m，在线上仅需要花2天时间。由于快速制造，材料泵可以很迅速交货，某种情况下少许3天。按他们的话说“竞争优势将使我们代入下世纪，开创更多商机”。[1]先进的产品来自先进的设计与严格的试验，3D设计与模拟，无图纸加工，虚拟制造、快速成形都在进行。高强度合金材料的冶金学试验制作，泵体、叶轮及隔离套受强腐蚀作用确保长寿命：非磨损的SiC轴泵的冷却系统在化学过程工业中进行广泛的试验，包括高的系统压力345bar，自吸和热套设计。每一部件、组件和系统都周密地检查和评定。HMD认为制造与需求的原则是：超前战略性原材料；发展关键的供应关系；通过组织制造循环，减少制造周期；减少排队，加速进程。笔者在网上查询了20几家著名的磁传动公司，发现他们在世界各地均有子公司及销售网。质量设计和制造由全世界技术精湛的泵发行者来决定，才能对市场战略性地迅速作出反应。服务包括解答用户遇到的应用问题，泵的选择，特种泵专门设计，每天24小时为用户技术咨询。21世纪制造技术不但将继续制造常轨条件下运行的机器与设备，而且将制造出极端环境下运行的机械设备。21世纪制造的产品应是符合生态环保，与人友好的绿色产品，磁力传动技术正是适应这一发展态势，让我们借鉴国外先进经验推动这一技术的发展吧！
参考文献
[1]HMDSeamless.PumpManufacture,atMaximumVelocity[J].WorldPumps,1999,(7):33-36.
[2]EquipmentNews[J].WorldPumps,1998(4):36.
[3]AnsimagInc.AcidicPumpagePlaysHavocwithRotaryLobeUnits[J].WorldPumps,1997,(5):26
[4]MichaelSmith.SideChannelPumpSolvesMethanolTransferProblem[J].WedPage,2001.
关键词 锅炉；风机；永磁；电调速；技术；调节；节能
中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0152-02
0引言
某炼油厂自备电站有3台130t/h燃油、燃气中温中压锅炉，承担着满足全厂各种用热工况的需求和保障全厂蒸汽的供给，是确保炼油装置的安全平稳运行的关键，每台锅炉配备一台送风机和引风机。
1问题发现及分析
按全厂正常运行工况，电站3台锅炉接带负荷仅为50t/h～60t/h，原设计风机选型流量偏大，满负荷运行时风门挡板开度仅需40%，实际运行中存在以下问题：1）锅炉长期在低负荷下运行，造成电能浪费；2）由于采用风门挡板调节，开度小受力大，调节频繁易造成损坏；3）调节精度不够，影响运行；4）风机挡板调节存在滞后性、炉膛负压波动较大甚至造成部分火嘴熄灭，为保证提负荷速率，满足平衡蒸汽的需要，需采用适量放大氧含量的做法，增加了能耗。
通过调研，确定采使用永磁节电调速技术。
2理论依据
2.1工作原理
永磁调速技术通过导体和永磁体之间的间隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动（电动机）和被驱动（负载）侧没有机械链接。其工作原理是一端永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的间隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。
2.2系统构成
永磁节电调速系统主要有永磁调速器、隔音散热罩、电动执行器、可编程控制器和温度及转速传感器等组成。锅炉风机压力、流量和其它过程控制变量可被控制系统收集并输出，并作用到智能电动执行器，以满足控制要求。
3 整改措施
5 结论
永磁调速技术先进、节能效果明显，能够很好地适应生产的需要，相信在不久的将来必将迎来永磁节电调速技术在各行各业的更广范围应用。
参考文献
[1]赵克中.磁力驱动技术与设备[M].化学工业出版社，2003，1.
他以兢兢业业，不断探索的一生来向社会诠释什么是创新人才，科技创新应该怎么来做。
李国坤1935年2月出生于四川西充县，1958年天津南开大学物理系毕业后，主动要求到艰苦的兰州工作，被分配到中科院兰州近代物理所，1962年调入航天部510所。1988年离开510所自办创新型企业并转让其技术给企业实现产业化。至今为止，李国坤已在科研一线奋斗了52年，在永磁力学的理论、技术、专利产品研发及产业化方面做了系统的、系列的创新。他曾担任中国稀土学会理事等四个学术职务和西北工业大学兼职教授，现任兰州环优磁机电科技有限责任公司董事长，中科恒源科技股份有限公司首席科学家；先后拥有7项在国内外领先的理论与技术创新，曾在国际会议文集上发表重要论文7篇，创新出十多种产品。更令人感动的是，他的主要创新成果均已成功实现了产业化，给社会带来了几千人的就业机会，转让的企业产值几十亿元，年产量近十万台，有的专利成果已应用25年，效果良好。至今已创造经济效益十多亿元，而且给环保及高科技产业发展作出贡献。
本着好奇，笔者于2010年11月下旬拜访了李国坤，在李国坤夫妇的娓娓道来中探究他的创新足迹。发现他专心于磁机电科技研究的这一生可以为有志科技创新事业的年轻人提供教科书式的范本。
我国是有着丰富资源的稀土大国。看着自已祖国的资源优势没有变成经济优势，李国坤的责任感与使命感油然而生。这些年来，他一方面大力开展稀土永磁应用理论、应用器件的研究，另一方面到处宣传稀土永磁的优越性，推荐应用稀土永磁。作为稀土高端产品的研究者和推广者，李国坤多次倡议不要再出口稀土精矿和混合稀土等资源性初级产品,而是开发、推广应用第四个环节的稀土永磁器件产品，并加大这类产品的出口力度。
敢于创新建奇功
1958年，刚大学毕业的李国坤参与了单位分配下来的研制几十吨的大电磁铁的任务。当时，众多权威专家推荐的纱布包铜管通水冷却方案受限于环境、资金、位置等条件，行不通。敢于创新的李国坤为了解决项目研究的关健瓶颈进行持续的研究，创新出一直处于国内外领先的节能节水型大电磁铁，大获成功。
他首先花了5个月时间认真学习电磁铁温升、发热、散热、冷却的知识，找到了适用的公式。接着又深刻分析公式，找出了创新方案。
该方案实现了两个方面的创新。一方面，他提出累计使用寿命超过1000小时以上时，就不应该采用传统方法；而应采用小几倍的电流密度，多用铜少用电，使费用低几十倍，而且节电节水。另一方面则是将线圈做成4层从而使散热面积S增大至4倍。这两项创新使温升降低至原来的1/10，于是采用空气自然冷却取代水冷方案，每年节电3兆瓦，节水几千吨。
李国坤合理的计算和推理方案得到了众多专家的支持。后来实践证明温升比允许值还低，而磁场等十几个参数均超过要求。完成此项目时，他由于恶劣的生活条件与废寝忘食的工作已三度浮肿。付出总有回报！李国坤也因该项目中的巨大创新而被评为中国科学院驻兰各所的“百日红”突击手，1962年被金建中院士（原称学部委员）称为“年轻的电磁铁专家”。
后来，李国坤做过多节能型大电磁铁。在相同情况下，每台能耗均在国外进口大电磁铁的1/2至1/5以下。1994年10月22日，世界著名物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中参观他给山东招远永磁生产线做的几台大电磁铁的生产线后，甚为称赞，并提词称赞该生产线达到“世界级标准和成就”。
李氏拉推磁路
1977年，李国坤得知稀土永磁后，就下定决心研究其终端高科技产品。他深知没有扎实的基础研究，就不可能有高精尖的成果问世，因此他先研究稀土磁路，并提出基本理论“静磁能论”，认为磁力由是磁系统的静磁能变化所产生。
1979年，在航天部510所“通讯卫星消旋轴承试验工作”面临机械密封技术完不成任务的难题时，李国坤教授迎难而上，承担起用磁传动密封取代机械密封的研制工作。经过不懈的努力，他终于研制出适用的产品并在验证实验中得以确认。但这项创新由于没有足够的理论支撑而整个课题又意义重大，因此经所里研究，要求李国坤在三天内提供理论依据，否则停掉课题。两天后，他便提出了在国内外稀土永磁学界引起很大反响的李氏拉推理论。
“李氏拉推理论”认为：传统永磁在相靠时既侧面漏磁，又产生退磁。而稀土永磁的特殊优越性，既不退磁，也不漏磁。当紧靠排列则拉力与推力叠加，有用力增至二倍，而产生的轴向涡流磁场则相消，不利部分大为减少。当单位面积的力增加一倍，而作用面积也增加一倍，李氏拉推磁路磁传动在同体积时的力矩为英国HMD公司1947年发明的分散型磁路力矩的4倍。
第三天，即1979年5月19日，他的上述推论在100多人观看的肇庆高跃真空设备厂实验现场得到证实。后来这一理论相继得到510所所长、航天部总工金建中，五院院长孙家栋，航天部副部长任新民的支持。
有关专家指出：李氏拉推理论的问世对磁传动在国内外的普及和应用作出了重大贡献，李国坤科研理论让中国的磁传动从1979年5月19日起，一直处于国际领先水平。
拉推磁路大应用
成功总是属于不断求索的人。在“李氏拉推理论”的基础上，李国坤很快就发明出原始创新的器件周向轴向磁力传动器，并用在分子束外延设备上，使当时的设备提高了5倍的功效。这项成果被列为航天部重要民品，逐步广泛地推广应用开来，为我国高科技领域作出了重大贡献。通讯卫星消旋轴承试验系统连续运行12年，是要求寿命的48倍，于1984年荣立航天部一等功。至此拉推磁路已完成的周向磁传动、轴向磁传动、周向轴向磁传动、磁阻尼器等的理论、技术、产品及产业化的创新，均处于国内外领先地位。
1980年李国坤将拉、推磁路磁力传动器拿到包头去向在包头召开稀土会议的方毅副总理演示、汇报，这是我国较早向国家领导人汇报稀土永磁在高科技上的应用。同年，负责研制分子束外延的机械总设计，510所机械专家李希宁来电报说，已研制两年多的直线传动器无法运转，李国坤立刻写信让他在轴向作拉推型传动，按这种做法半月内即获成功。
重大理论发现总会衍生出一系列应用技术。李国坤又研究出多种国际领先的李氏拉推磁路、拉推磁路磁传动技术、拉推磁路磁力泵、磁力釜。这些理论技术应用于航天工业等多个高科技领域，对于提升传统产业收效明显，因而发展出多个高科技的磁力泵等企业，如丹东克隆集团、杭州大路实业有限公司、深圳科捷磁力机械有限公司以及与中科恒源（曾为广州、湖南中科恒源）科技股份有限公司合作研制的绿色产品-----全永磁悬浮风力发电机。
据了解，由于所研制的磁力泵、磁力釜有很好的密封性，广泛应用于石油、化工、低温、科研、环保等行业。享受创新乐趣的人总是不会停止前进的。而后，他从利国利民的角度出发，又主动承担起大功率、低温升、高扬程磁力泵的研制……1990年，李国坤的磁力泵即达到75kw，现最大功率为250KW，最高承压达18Mpa，远远超过南方磁力泵集团引进日本技术达到22KW的功率水平。
李国坤采用先进的李氏拉推磁路理论，使同体积力矩增大至4倍，介质损耗大为减少。他当时认为应进一步减小涡流。经过深入探讨推导出拉推磁传动的涡流公式，他得出增大隔套材料的电阻率和许用应力而减小厚度可减小涡流的方法，用TC4钛合金将涡流减至原来的1/4左右，很快地研制出磁力泵世界三大难题中的两个：于1990年及1997年先后完成低温升、含铁粉的兰州炼油厂的75KW丙烷增压泵和胜利油田的18MPa，131KW高压注水泵。前述75KW泵每年节能和增长效益一千多万元，已用二十多年。
这两个成果的问世，使我国的磁力泵技术遥遥领先。当时世界王牌磁力泵公司德国克劳斯公司也采用拉推磁路。李国坤还以“同行应是亲家”的态度帮助南方磁力泵公司的首席专家叶子兆等人采用李氏拉推磁路，使拉推磁路得以在上百家生产厂应用。
全永磁悬浮风力发电
2004年10月起，中科恒源认为李国坤是国内最合适完成全永磁悬浮（全永磁准悬浮简称）的专家，多次邀请参加全永磁悬浮风力发电机的研发。但由于不懂风力发电，李教授几经斟酌，最终，为我国节能、减排、环保、低碳事业做贡献的想法还是占了上风。第二年4月份，他来到广州中科恒源，告诉了项目筹备的同志自已的顾虑，但中科院广东分院陈勇院长与谢丹平、曾智勇、卢建之等的大力支持，使李国坤放下包袱，轻装上阵。
从2005年5月起，他与十多个同志用三个多月的时间，以静磁能论和李氏拉推磁路理论作指导，降低磁阻力矩使启动风速从3.5米/秒降至1.8米/秒。将机械轴承的承受力用75%的磁力悬浮，又将启动风速降低到1.5/秒，即降低磁阻力矩、降低总阻力矩中的85%之后，又用全永磁悬浮降低总阻力矩中的15%的比例。2005年8月做了第一台样机带到广东中科院广州能源所，向视察该所的路甬祥院长汇报，得到“100分”的鼓励与赞赏。
在2005年国庆期间，李教授又用“静磁能论”阐述永磁电机的制动转矩（即磁阻力矩）并将启动阻力矩大幅度降低，又经降摩擦力矩使启动阻力矩为国家规定值的1/12，启动风速从3.5米/秒降至1.5米/秒。经中国科学技术信息研究所查新，将全永磁悬浮技术用于风力发电机上在国内外均属于首创，而这项原始创新却在短短5个月内就得以实现。
这项成果于2005年底完成鉴定，2006年5月31日完成投产。2006年9月，成为中国唯一一项入选“世界十大绿色发明”的成果。2007年获“第35届日内瓦国际发明博览会”最高奖特别金奖；2009年获得联合国工业发展组织等8个组织共同主办评出的全球可再生能源领域最具投资价值的十大领先技术“蓝天奖”。2010年12月12日中科恒源获中国十佳色责任企业奖。
经过2009年初南方雪灾及多次台风，系统保持稳定运行。产品十分畅销，得到用户的好评每年的产值及利润快速增长，从开始预计的零经济效益变为高经济效益。到目前为止，产品已销往30多个国家及地区，已成为全世界小型风机的领先技术，小型风机产能世界第一。
2010年3月2日，在中央电视台新闻联播中，做了“海南三亚，建设低碳生活，打造生态高地”的报道，高度评价了中科恒源风光互补路灯在低碳节能中的作用，后分别在中国新闻朝闻天下、午间新闻等多个节目中做了多方面报道。在海南三亚海棠湾的2000盏风光互补路灯成为向众多国内外游客展示中国低碳经济形象的亮丽风景线。
致力稀土永磁推广
1982年前稀土永磁的推广受到很大阻力，这对于作为稀土大国的中国来说，无异是很不对的。面对层层的阻力，李国坤以让稀土升值与推广应用为己任，在一些专家的建议下作了“稀土永磁应用评价”的报告，引起了学术界的普遍认同。
李国坤还总结出“成本/磁性器件单位性能”的评价机制，对很多磁性器件作比较，在当时就提出我国应减少混合稀土出口，大力开发稀土永磁器件，这种观点对推广稀土永磁作出了重要贡献。
他发明的直线传动周向轴向磁传动，稀土永磁磁传动获1983年“第七届国际稀土永磁及其应用会议”高度评价，使得外国认为中国不会用稀土而压价的想法未能如愿。
创新科技工作者的标杆
“想知道什么人适合搞创新，那就去找李国坤吧。”了解李教授的人会知道，这绝对不是一句戏言。
一组这样的数据让大家一目了然：李国坤为社会提供了一流的人品、一流的技术、一流的产品、一流的服务。技术成果转让费两千多万元，扶持成功了27家企业，而自己却是贫民科学家。他兰州家里唯一家电是个价值70元的电饭锅。多年来，他们常常十几个人窝在他50多平米的房子里面搞研究。为了工作，因太忙他半数以上天数采用不利健康的一日一餐制，每天工作14至17小时。
安贫乐道是李国坤的良好品质。他不吸烟、不喝酒，为了科研事业，不计付出。1994年家里多人生病，但他仍坚持完成航天部组织的75KW丙烷增压泵的鉴定会。该成果达到国际领先水平，并获得航天部科技进步二等奖。这位不计辛劳，执着创新的专家为这份成功付出了多少，大家可想而知。
李国坤反复强调自己不想成为公众人物，只想隐姓埋名的搞科研。1994年，早在鉴定会的前几个月，甘肃省科委和兰州市科委的有关领导多次表示他们要推荐李国坤为首届工程院院士候选人，但他却推脱说自已的条件不够，而未报材料。他表示要作出像院士那样的贡献，但自己不够资格当院士。
关键词：永磁调速 节能降耗
Abstract: the author analyzes the sewage system problems, and put forward the improvement plan. Describes the technical principle, technical permanent magnet speed advantage and application effect. The results show that, the permanent magnet motor speed control technology can achieve with load between torque transmission, change the motor power output size, in sewage pump installation, adjustment permanent magnet speed drive air gap of sewage pump realize the continuous control flow rate, pressure, reduce the sewage pump pump water consumption.
Keywords: permanent magnet control energy consumption
中图分类号：U264.91+3文献标识码：A 文章编号：
某污水站设计规模2.0×104m3/d，站内安装ZXA200-4500B外输泵3台，电机功率132kW，单台排量9600 m3/d，该站处理某区西部聚驱采出水和部分某联合站水驱水，处理水量8000m3/d，滤后水除外输至某注水站回注外，部分滤后水靠重力输送至某转油放水站加热回掺井口。该站外输泵每天外输水量7600m3/d，启运1台外输泵，单泵的负荷为79.17%，外输水泵单耗0.21kWh/ m3。
1存在问题及改造方案
由于某污水站的负荷较低，仅为40%，同时，3台外输水泵匹配单一，该站外输水泵单耗高，外输水泵单耗0.21kWh/ m3。针对某污水站外输水泵负荷低，能耗高的问题，规划在2#外输水泵安装永磁调速驱动器1套，降低该站外输水能耗，同时对输水系统根据净化水罐液位进行闭环控制，降低岗位工人劳动强度。改造投资39万元。
2永磁调速技术
2.1技术原理
永磁调速技术是永磁调速驱动器透过气缝传递转矩，电机与负载设备转轴之间无需机械连接，电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流，该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现电机与负载之间的转矩传输。见图1。在工业水泵上安装，通过调节永磁调速驱动器气隙实现工业水泵流量和/或压力的连续控制[1]。当永磁调速驱动器接到一个压力、流量、液面高度等信号后，就传输到永磁调速驱动器的控制器上，控制器对信号进行识别和转换后，产生一个机械操作指令，来调节导磁体和永磁体之间的间隙大小，从而根据适时的负载输入扭矩的要求，调节永磁调速驱动器输入端的扭矩大小，来最终改变电机输出功率大小，实现对工业水泵输出流量和/或压力的连续控制，实现电机节能和提高电机工作效率。
图1永磁调速技术原理图
2.2 技术优势
2.2.1调速范围较宽，自身效率高，节能效果明显
根据实际应用，在全速运转时，永磁调速器的工作效率能达到97%以上，而通过永磁调速器调速后的能耗则降低到原来能耗的75%～33%。安装永磁调速器之后，在对系统的总体评估中，总回报提高、节能效果及运行负担的减 少都很明显。
2.2.2减低振动和容许偏心
80%以上的转动设备都是由于振动而出现故障的，大多数的振动都是因为轴心偏移，另外是由于设备的不平衡和共振。振动会破坏密封圈的弹力，升高轴承和设备的温度。永磁耦合技术提供了一种最好的解决振动方法。永磁耦合技术减振的关键在于通过空气间隙传递扭矩，而没有直接的物理连接。空气间隙最小为1/8 英寸 (3.175 mm)。偏心是安装和维修成本的主要原因。一般可允许的偏离为0.05 mm 甚至更小，需要激光对心。永磁耦合技术允许0.75 mm 的偏离而且没有振动，直接就可以进行对心安装。
2.2.3冲击型负载和堵转自动保护
由于电机和负载的轴端没有直接的物理连接，振动不会传递，对于冲击型负载及有堵转可能的过程中具有通过滑差实现缓冲与自动保护功能, 故障大大减少。因此可以很简单的解决驱动系统的问题。
2.2.4功率质量
永磁耦合技术不会受功率质量的影响，在功率质量很差或者在低压期间都可以工作。只要有有效的能量使电机转动，永磁耦合技术就可以工作。同时，永磁耦合技术也不会影响设备的功率质量。不会产生谐波，瞬时高压或者其他与功率质量有关的问题。
3现场应用
某污水站2#外输水泵，额定排量400m3/h，扬程60m，电机额定转数1475r/min。改造泵于2010年5月18日上午9时开始运转，调试过程中，执行器开度由20％逐步上升到90％，水量由180m3/h上升到400m3/h，电流由78A上升到192A，电机转数由482r/min上升到1377r/min。具体数据见表1。
表1 某污水站2#外输泵永磁调速器运行数据表
4实施效果
2#泵试运前，该站运行同型号的3#外输水泵，排量255m3/h，泵出口压力0.67MPa，电流165A，实施后，某站2#外输水泵的泵压由改造前的0.6MPa下降至0.08MPa，改造泵运行平稳，泵压差明显降低，输水单耗由0.21kWh/m3下降至0.09kWh/m3，节电率58.3％，年节电33.55×104kWh，节省电费18.35万元，投资回收期2.13年。见表2。
表2 某污水站2#污水泵永磁调速器数据对比表
5结论及认识
根据该项目的实施情况，永磁调速技术有很好的节电效果。该项技术可以使污水站根据水量的变化实行调节，该项技术具有以下技术优势。
（1）电机和负载的轴端没有直接的物理连接，振动不会传递，对于冲击型负载及有堵转可能的过程中具有通过滑差实现缓冲与自动保护功能, 故障大大减少。
（2）电机完全在空载下启动, 大幅降低启动电流。
（3）无谐波污染，不伤害电机，不影响电网功因。
（4）容忍对心误差, 一般可允许的偏离为0.05 mm 甚至更小，需要激光对心。永磁耦合技术允许0.75 mm 的偏离而且没有振动，直接就可以进行对心安装。
（5）该项技术在现场应用需要一定的技术条件。改造泵需有连轴器，同时电机末端要有1.5m的安装空间。
关键词：永磁直线同步电机；直线电机；工作原理；控制策略；伺机系统
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.151
随着科学技术和电子计算机技术的发展，永磁直线同步电机因其高速度、高精确以及其控制方便、驱动能源较易获取、环保无公害等优势被广泛应用于数控系统和一些高密数字测量等场合，但永磁直线同步电机在运作过程中也极易受到外部干扰而影响参数，因此本文将从永磁直线同步电机的原理分析，对矢量控制进行研究搭建直线矢量控制系统，对永磁直线同步电机伺服系统的扰动进行分析。
1 直线电机发展现状
永磁直线同步电机在数控系统及生产生活中已广泛运用，直线电机的发展经过了160年的历程，到1971年开始投入到开发阶段，并进入实用商品阶段，国外一些国家对直线电机的研究越来越感兴趣，随着科技的发展，到90年代之后，直线电机作为系统进入工业生产中，后来被运用于不同的领域，而且越来越深受人们的推崇，直线电机目前具有不可估摸的发展前景。
由于直线电机具有装置简单可靠、直线速度可以不受任何限制、机械损耗小、噪声小、应用场合广、散热性能好、使用灵活性较大、节能环保等优点，直线电机在国外应用非常广泛，但在国内发展还需进一步地研究，虽然有一些院校在直线电机方面进行深入研究，但在投入使用方面还要进一步发展，不断创新，提高直线电机及其伺机系统的控制领域的水平，减小与其他国家在这一方面差距。
2 伺机系统
伺机系统是指按照控制信号的要求而动作：控制信号到来之前，被控制对象是静止不动的；接收到控制信号后，被控制对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控制对象又能自行停止。正是基于执行机构这一特点，我们称之为伺机系统。伺机系统主要是根据信号要求而进行运作，这在一定程度上对直线电机的速度及效率上有所改进和提高。
3 直线电机的工作原理
在传统意义上，一般应用于工业上的都是旋转电机，但随着科学技术和电子计算机的发展，直线电机将逐渐取代旋转电机，它是旋转电机的一种演变和延伸，从直观图形看，可以想象将一台旋转电机沿着它的内径切开，然后舒展成平面图，将圆周面摊开，这样就形成了直线电机的平面图（如图1），这就减少了旋转电机在旋转过程中因旋转而造成的消耗运动，直线电机提高了运行的速度和效率。
直线电机的分类有很多，永磁直线同步电机主要是运用高能电磁体，具有控制快，效率高、速度快等特点，永磁直线同步单机可分为平面型和圆筒型，工作原理都是将初级制成动子，次级的永磁体作为定子，在初级绕组通入交流电源，则在气隙中产生行波磁场。次级在行波磁场的切割下，产生感应电动势从而产生电流，该电流与气隙中的磁场相互作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力的作用下做直线运动；反之，次级固定，则初级作直线运动。直线电机就这样把电能直接转变为直线运动的机械能而无需任何中间变换装置。
4 直线永磁直线同步电机的伺服系统的控制策略
直线电机具有高速度和高效率等许多优点，但要将直线电机的众多优势发挥出来，还需要对直线电机的伺服系统的控制进行严密而精确的研究，目前主要有传统控制理论运用、现代控制理论运用和智能控制理论三个部分的研究，传统控制理论是运用最成熟、最广泛的策略，但由于直线电机是个强耦合的设备，所以PID控制算法不能达到解耦，实现变量的单独控制，但这种方式比较实惠，成本低，对直线电机有一定的作用。
现代控制理论相对于传统控制理论而言操作更为复杂，这主要是因为直线电机的系统比较复杂，在运用过程中有一些不可预计的的干扰量会加大工作量，如直线电机会受到温度的影响等，这就使现代控制理论不能单独控制直线电机。
智能控制理论主要是采用神经网络控制和模糊控制技术，工作原理就是模仿人脑神经系统进行控制，并将专家的一些有效的经验融合到直线电机控制中，模糊控制技术因其控制精确度高而得到广泛地应用，在应用过程中，模糊控制技术最好跟其他控制系统一起使用才能取得更好的效果。
5 小结
综上所述，要研究永磁直线同步电机伺服系统的控制策略需要在了解直线电机的工作原理的基础上进行研究，本文主要分析了几种伺服控制系统的优缺点以及在运行过程中会出现的干扰因素研究出一种可以应用于新的控制系统运用于永磁直线同步电机伺服系统，随着科学技术的发展和社会大环境的要求，永磁直线同步电机将具有很好的发展前景和趋势，研究直线电机伺服系统的控制策略也具有一定的意义。
参考文献：
[1]方涛.永磁直线同步电机伺服系统的控制策略研究[D].2015（06）.
[2]张晴.直线电机直接驱动技术在高速精密加工中的应用[J].机电工程技术，2006.
[3]叶云岳.直线电机原理与应用[D].机械工业出版社.
【关键词】永磁电机 稀土永磁电机 同步永磁电机 发展现状
1 引言
进入二十一世纪以来，随着全球经济社会的快速发展，石油、煤等非可再生资源的日益枯竭，能源紧张也成为全球共同关心的话题，所以建设资源节约型，环境友好型社会也成为迫切要实现的目标。在这种大背景下，高性能电机及其驱动技术日益蓬勃发展，并且国家发改委在“十大重点节能工程实施意见”中提出了要推广高效节能电机，稀土永磁电机，同时推广变频调速永磁电机等先进电机调速技术的要求，并且随着该电机技术的日益成熟，已经渗透到了国防、工、农业生产中，影响着我们的日常生活。
2 永磁电机的结构与工作原理
在结构方面：电机基于磁场作为媒介为机械能和电能转换的电磁装置。在运动机制中首先气隙磁场的电能量转换需要永久磁铁产生的气隙磁场，其次就是在集团内部进入电机绕组电流，但这需要两个特殊的绕组和相应的装置，并提供能量以维持电流的流动，总体电机由两部分组成，定子和转子。电机在运行时固定部分称为定子，定子主要由硅钢冲压、绕组的三相对称分布，固定核心底盘和阀盖零件，如转子永磁磁轭和轴。永磁磁轭，考虑磁轭是圆柱形的，在转轴上设置形成了永磁电机。
在原理方面：定子和转子的磁场相互作用在平面内产生两种相互垂直作用的电磁力，从而实现了电机的运动，并且电磁推力是永磁阵列产生的磁场与线圈阵列中的电流相互作用的结果。当电磁转矩克服转子本身的惯性，以及永磁体的永磁电动机转子磁钢产生的阻尼转矩，电动机开始运动。
3 永磁电机的应用发展趋势
3.1 永磁电机的优点
目前，随着国家工业化的发展，永磁电机已经成为市场新贵，它具有以下优点：
（1）效率高，环保节能。永磁电机是一种高效节能产品，与感应电动机相比，永磁电机不需要无功励磁电流，故能够大大的提高功率因数。经大量统计计算，永磁电机比同规格热机的效率提高了2%～8%，并且还可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的感应电机，较好的解决了能源浪费的问题。长期使用这种产品，可以达到环保节能的目的。
（2）高效能。高效能化也是永磁电机的明显优势，一些性能指标是传统的标准电机所不及的，在某些机构，调速比可高达1：10000，转速控制精度可达0.1%。
（3）结构类型多样，有极大的应用范围。由于转子结构是多样的，因此永磁电机的许多品种都有不同的特点和性能，从日常生活到航空航天，从简单电动工具到高科技产品，几乎无所不包。
3.2 永磁电机在国内外的应用现状
在经济社会的发展过程中，随着对环保节能要求的日益提高，使得永磁同步电机在国内外的应用范围更加广泛。例如，在航空航天领域。船舶电力推进领域，风机水泵行业，电梯行业，空调行业风电行业等都有极大的应用。
（1）目前，在稀土永磁无刷直流电动机作为第二代变速的制冷技术，在国外已经使用了空调和冰箱，普及率达到33%，并且稀土永磁无刷直流电动机系统在电风扇和洗衣机中也被广泛应用。直流变频空调压缩机电机是交流电动机，具有较高的控制精度，因此转子的永磁交流变频空调更有效率。在变频空调，采用直流变频技术，正弦波永磁同步电动机驱动技术是发展的主流。
（2）在船舶行业中，高性能的船舶推进系统一般是全动力推动，永磁电机作为推进电机在国外得到广泛应用，技术日益成熟。如Alstom，ABB，和西门子等都已形成产业，ABB公司已经形成了6相变频电源供电的230r/min，1095KW的稀土永磁同步电机。
3.3 永磁电机的发展趋势
作为众多高新技术和高新技术产业的基础，永磁电机与微电子控制技术和电力电子技术的结合能够制造出许多新型的、性能优异的机电一体化产品。永磁电机作为基础，是21世纪电机发展方向的典型代表。
（1）电机的方向发展。电机驱动负载，如全部采用通用电机，在某些情况下，技术和经济不是很合理。如特殊电机特别设计的根据不同的负载特性，如油田抽油机专用节电率高达20%的稀土永磁电机等。在专门化的基础上，专用电机的节电潜能很大。这对电机工作者也提出较高的要求：他们不仅要研究电机本身，更应当研究所驱动负载的特性，设计出价格合理，运行可靠，性能先进的稀土永磁产品。
（2）向轻型化方向发展。便携式光机电一体化产品。永磁电机控制性能好，节能且体积小，可通过频率的变化调速，又容易做成低速直接驱动等优点，故在医疗器械，视听产品，计算机，数控机床，电动车辆，航空航天产品等领域得到广泛应用。未来随着控制技术和电子技术的发展，永磁电机技术会发展的日趋完善。
（3）向高性能的发展。现代化设备的电动机有多种高性能、移动电站等自动化设备使用和电机伺服系统，化纤设备变频调速同步电动机转速精度高，机器人与稀土永磁伺服电动机比例高，等等。
（4）向机电一体化。实现机电一体化的基础，是开发各种机电一体化的各种高性能永磁电机，如数控机床伺服电机，使用电脑VCM的音圈电机，变频调速的稀土永磁电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。
3.4 永磁电机发展所面临的问题
因为市场仍处于培育之中，永磁电机作为一种新产品，它的推广还面临不少困难。一是标准规范、标准的永磁电机在中国非常微弱，稀土永磁无铁芯电机是空白，严重影响电机的质量、性能评估、产品选择等，限制了产品的推广应用。第二，工业化水平需要改进，虽然小功率稀土永磁无铁芯电机批量生产，但大功率的生产仍处在示范阶段。三是对相应的控制系统要求高，初投资大。
4 结语
永磁电机作为21世纪具有广泛应用前景的产品，它的产业化程度还有待提高。由于它所具备各种优良性能和特点，可以相信，在不久的未来，它会在各个领域得到广泛应用，会渗透到日常生活和工业生产地方方面面。随着国家对电机领域的重视和投资，永磁电机必将蓬勃发展。
参考文献
[1]王瑾.超高效永磁同步电机研究与设计[D].沈阳工业大学，2015.
[2]唐任远.现代永磁电机理论研究与设计[M].北京：机械工业出版社，1997.
[3]赵国新.无铁芯永磁电动机的研究与设计[D].2006.
作者简介
刘加岭（1994-），男，山东省高密市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
刘全新（1994），男，山东省泰安市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
杜传明（1995-），男，山东省泰安市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
阮文阳（1994-），男，山西省晋中市人。现为山东科技大学大学本科在读学生。
关键词：电厂；凝泵；永磁调速节能
2007年永磁耦合与调速驱动器从美国引进我国，永磁调速驱动器可广泛应用于冶金、发电、石化、水处理、采矿与水泥 、纸浆及 造纸、暖通空调、海运、灌溉等行业节能，应用前景非常广阔。本文将着重论述永磁耦合与调速技术在电厂凝泵上应用时的节能效果及与以凝泵变频为主其他调速设备比较的优势。
一、凝泵永磁调速系统构成和工作原理
1.1 系统构成
单台永磁调速器至少包括以下设备及附件：
（1）永磁调速器设备本体
（2）智能电动执行机构
（3）立式安装套件
（4）永磁调速器与电机的联轴器
（5）冷却系统（永磁调速器采用油冷）
1.2工作原理
永磁磁力耦合调速驱动（PMD）是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动（电动机）和被驱动（负载）侧没有机械链接。其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。
PMD主要由导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。这样电动机和负载由原来的硬（机械）链接转变为软（磁）链接，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化，从而实现负载转速变化。由上面的分析可以知道，通过调整气隙可以获得可调整的、可控制的、可以重复的负载转速。
感应原理是通过磁体和导体之间的相对运动产生。也就是说，PMD的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。典型情况下，在电动机满转时，PMD的滑差在1% ～ 4%之间。
永磁调速设备采用永磁转子和另一端导体转子相互作用产生转距，同时通过智能电动执行器调节气隙大小实现电机和凝结水泵之间的转距控制，从而实现凝结水泵的速度调节。
二、 永磁调速器凝泵之卓越特点
使用PMD永磁调速的凝泵特点 ：
2.1调节范围
永磁调速可在0～98%的范围内对负载进行无级调速。
2.2 可实现过程控制，响应速度快
PMD永磁调速接收标准4～20mA信号，根据信号调节负载转速，满足系统需求，响应速度快。
2.3 空载启动，启动电流小
PMD在风机启动时，可将气隙调节到最大，使水泵实现空载启动，可极大的降低电机启电流 。
2.4 减少振动：
由于PMD永磁调速是非机械连接的调速装置，风机和电机没有机械硬连接，完全是通过气隙传递扭矩的，这样的好处是隔离了振动的传递，减低振动。
2.5 可靠性高，维护少
设备结构简单，故障率底，维护成本低。
2.6 使用寿命长
PMD永磁调速的使用寿命可达30年。
2.7 节能
通过调节负载转速，提高风机的效率，减少管路损失，减低电机负荷，节能效果明显。
2.8 对电力品质无要求
永磁耦合是机械的电磁调速，电网的稳定性对扭矩没有影响。
2.9无谐波干扰
非接触性的机械联结，不产生谐波干扰。
2.10环境适应强力
可在温差大，湿度高，阴雨天，高粉尘，防爆等恶劣的环境下工作。
三、与变频（VFD）凝泵比较
四、与其他调速设备各项性能比较
五、结束语：
永磁调速器本身不用电、无任何污染，而且还能高效节能，完全符合电厂技术宗旨。我公司采用永磁调速节能装置的凝泵，系统运行可靠稳定，调速范围和调速要求满足了系统运行要求，节能效果非常明显。通过本文对永磁耦合与调速技术在我厂凝泵上应用时节能效果的阐述及与以凝泵变频为主其他调速设备比较所表现出的明显的优势，大力发展和使用永磁调速技术必能给电厂稳定环保运行提供更多助力。
参考文献
关键词：永磁同步；伺服电机；控制
引言
发展和提高永磁同步电机的制造水平， 开发相应的高性能控制器产品， 提高资源的利用率和附加产值应该是我国未来的一个发展方向。
一、闭环调节器的控制
永磁同步电机的数学模型与异步电机相比，简单了不少，但仍具有非线性，强耦合，多变量等特点，寻求比普通PID 调节器更优良的控制策略是提高交流伺服系统性能的有效途径之一。
（1） 基于现代控制理论的控制策略
基于现代控制理论的电机控制方法有许多，典型的如滑模变结构控制，自适应控制等。其中，自适应控制能够抑制系统运行时参数变化的影响，获得有用的模型信息，使控制器的控制参数能够得到自动调整。但这些方法均存在两个问题，一是模型复杂，运算繁琐； 二是校正和辨识的时间较长，实时性不佳。
此外，还有许多现代控制理论被用到转速控制器设计中，包括自适应逆推、反馈线性化、鲁棒控制等。
（ 2） 基于智能思想的控制策略
典型的智能控制方法如模糊控制是模糊数学与控制理论相结合的产物。现实中，有些被控对象是难以建立精确的数学模型的，这时，使用模糊控制的方法是一种非常不错的选择。当前，在永磁同步电机的控制方面的，模糊控制的应用与研究已取得了许多成果，在电机的控制领域，仍有不少与模糊控制相结合的控制方法出现。
神经网络控制也是一种基于智能思想的控制策略，其并行处理，分布存储，自组织，自学习及神经计算能力，使其成为一种很有前途的控制方法，目前已有不少文献对此进行研究。
二、电机自身的控制
交流伺服系统中对电机自身的控制方法主要有： 压频控制、磁场定向控制，解耦控制与直接转矩控制。
（ 1） 压频控制
压频控制是一种开环控制方法，不需要电机位置、速度等反馈信息，其控制方法简单，无复杂的控制算法，方便实现。缺点是无法获取电机的电磁转矩和工作状态。因此只适用于一般的水泵和风机等场合。
（ 2） 矢量控制
矢量控制是德国西门子公司的F.Blashcke 在七十年代提出的。该方法的主要思想是将三相磁链矢量、电压矢量、电流矢量，通过坐标变换为两相矢量。目前，矢量控制的方法在理论上与应用上都十分成熟，具体包括： 最大转矩与电流比控制、id控制、弱磁控制、最大输出功率控制、cosφ = 1 控制、恒磁链控制等。
在所有的控制方法中，使id = 0 的控制方式最为简单，它能够将三相电流转变为两相dq 电流，然后对dq 电流分别进行控制，使得只存在q 轴电流，进而实现永磁同步电机的稳态解耦。这里的q 轴电流就相当于直流电机的控制回路的转子电枢电流。这样，对永磁同步电机的控制就相当于对直流电机的控制。这种控制方法结构相对简单，计算量小。缺点是当电机负载增加时，电机的功率因数会降低，而定子电压则会升高，所以要让电机正常运行，其逆变器必需要有足够的容量。
（3） 解耦控制
对永磁同步电机的电压方程进行相应的拉氏变换，用结构图表示其传递函数见图1所示。从图中可以明显的看出，永磁同步电机的dq 轴分量相互耦合，不能实现Ud和Uq对id和ωM分别的控制，因此，要实现系统高性能控制的关键在于解耦控制。
矢量控制可以实现永磁同步电机的稳态解耦，前提是定子磁链必须到达稳定状态，但动态过程仍相互耦合，其动态响应不能令人满意。
对永磁同步电机的控制而言，已有许多解耦控制方法出现： 如将永磁同步电机解耦成二阶线性转速子系统和一阶线性磁链子系统，进而实现转速和磁链动态解耦控制； 针对dq 坐标系下提出的反馈解耦控制方案，在负载转矩波动下，对指令速度有良好的转速跟踪性能； 还可以对永磁同步电机数学模型进行可逆性求解，得出逆系统进而构造相应神经网络，实现永磁同步电机转速和定子磁链的动态解耦。
三、信号反馈技术
通常要获得更高性能的控制效果，交流伺服系统需要运行于闭环控制状态下，因而需要获得电机转子的位置、速度信息等，一般的方法是在电机转轴上安装光电编码器或测速电机等。但装上传感器，会出现许多问题： 伺服产品成本增加； 由于同心度问题，转子位置出现偏差； 连接线缆增加，使得系统容易受到干扰，系统可靠性降低； 电机的体积增大； 易受到振动、湿度和温度等条件的影响。
为了克服这些缺陷，无位置/速度传感器伺服系统的研究成了当前的热点，根据容易测出的定子电压、定子电流等物理量，通过相应的算法，估算出当前转子的位置与转速信息。无速度传感器控制策略大体上可分为3 类：
一类是根据永磁同步电机的数据模型来估算的方法，如通过获得定子电流和电压后进行直接计算的方法； 通过比较电压计算值与实测值得到转子位置的电感变化估算方法； 反电动势积分法； 扩展反电动势法等。
另一类是基于各种观测器模型的闭环算法，如模型参考自适应、降阶状态观测器、扩展卡尔曼滤波器、全阶状态观测器、滑模观测器等。这类方法是通过永磁同步电机的电压方程推算出感应的反动势，再从中提取出位置信号，适用于高速运行状态下的位置与速度估算，当电机转速较低时，反电动势信噪比小，不能准确估算转子和位置。
还有一类是以基于电机理想特性的算法，如高频信号注入法和低频信号注入法。高频信号注入法不依赖于任何电机的参数和运行的情况，因而可以工作于低速运行状态，但电机必需是凸极性的。而低频信号注入法要求电机不能具有凸极效应，而且电机转子不能有较大的转动惯量，否则检测精度会变差。
四、结束语
本文给出了永磁同步电机运行的两种基本模式，并将其控制策略归纳为三个方面。针对这三个方面，分别进行了综述性的介绍。为了满足各种场合应用的需求，需要将各种控制方法相互渗透，以提高当前伺服系统的整体性能。永磁同步电机控制系统作为一个多学科交叉的研究领域，其研究方向还可以从其它方面更进一步： ① 优化的直接转矩控制技术； ② 定子电流死区补偿技术； ③ 无位置/速度传感器控制技术； ④ 多种方法相结合的闭环调节器控制策略的研究； ⑤ 电机转子初始位置检测等。
参考文献：
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[3]辛小南，贺莉，王宏洲.永磁同步电动机交流伺服系统控制策略综述[J].微特电机.2010（02）
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