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永磁电机及其控制原理 第四讲永磁同步电机 第四讲永磁同步电机 1.概述 永磁同步电机与传统电励磁同步电机特性类似 只是永磁体取代其转子上的励磁系统 使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又围无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。 因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高 第四讲永磁同步电机 1.概述 A .稀土永磁同步电机与电磁式同步电机的比较: (1)稀土永磁同步电机无需电流励磁，不设电刷和滑环，因此结构简单，使用方便，可靠性高。 (2)转子上无励磁损耗，无电刷和滑环之间的摩擦损耗和接触电损耗。因此效率比电磁式同步电机要高，并且其功率因数可设计在1附近。 (3)稀土永磁同步电机转子结构多样，结构灵活，不同转子结构往往带来自身性能上的特点，因而稀土永磁同步电机可根据使用需要选择不同的转子结构形式。 (4)稀土永磁同步电机在一定功率范围内，比电磁式同步电机具有更小的体积和重量。 第四讲永磁同步电机 1.概述 B .稀土永磁同步电机与鼠笼异步电机比较: 1．高效节能 无滑差，转子上无基波铁铜损耗； 转子永磁体励磁，功率因数可达1，节约了无功功率，另一方面也使定子电流下降，定子铜损减少，效率提高； 极弧系数一般大于异步电机的极弧系数，当电源电压和定子结构一定时，其平均磁密较异步电机小，铁损耗小； 稀土永磁同步电机的杂散损耗，一般认为由于其永磁体磁场的非正弦性增加了杂散损耗，但另一方面，稀土水磁同步电动机较大的气隙降低了杂散损耗。 第四讲永磁同步电机 1.概述 B .稀土永磁同步电机与鼠笼异步电机比较: 2．体积小、重量轻、功率密度高 从电磁负荷角度分析：其计算极弧系数较异步电机大，在电负荷A和气隙磁密B相同的条件下体积、重量减小。 从热负荷角度分析，由于其效率高，发热少，A、B可适当提高，使电机有效体积减小。 由于稀土水磁同步电动机体积小、重量轻、功率密度高，使其十分适应航空航天等军工领域的应用。 第四讲永磁同步电机 1.概述 B .稀土永磁同步电机与鼠笼异步电机比较: 3．调速性能优 转速与频率严格成正比这一特点非常适合于转速恒定和精确同步的驱动系统中。 4. 不足 稀土永磁同步电动机与异步电机相比，结构复杂、成本高、起动困难。 单相稀土永磁同步电动机的发展目前还不很成熟。 第四讲永磁同步电机 1.概述 C .稀土永磁同步电机与永磁无刷直流电机比较： 是从两个不同类型电机的基础上永磁化后形成的 1.结构形式基本相同，绕组略有差异 2.转矩脉动大大减小，更适合高精度驱动系统 3.控制方式（策略）更加复杂，控制器成本更高 4.需要任意转子角度的位置传感器，精度高 5.功率密度略小 6. 一种更精密的电机 第四讲永磁同步电机 2.基本结构形式 第四讲永磁同步电机 2.基本结构形式 第四讲永磁同步电机 2.基本结构形式 第四讲永磁同步电机 2.基本结构形式 第四讲永磁同步电机 2.基本结构形式 转子磁极结构形式选择的原则： 第四讲永磁同步电机 2.基本结构形式 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.1 计算极弧系数： 通常永磁电机空载气隙磁场是带谐波的平顶波，而实现机电能量转换算是以基波磁场为基础进行的。所以计算极弧系数的准确性会直接影响磁场基波大小 计算极弧系数与转子磁极结构密切相关 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.1 计算极弧系数： 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.1 计算极弧系数： 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.2 空载气隙磁密的波形系数： 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.3 电枢反应磁密波形系数： 定义：Dq轴电枢反应产生的气隙磁场基波磁密与磁密最大值之比： 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.3 电枢反应磁密波形系数： 第四讲永磁同步电机 3.永磁同步电机气隙磁场的主要系数 3.4 电枢反应系数： 第四讲永磁同步电机 4.永磁同步电机电枢反应和电枢反应电抗 永磁同步电机电枢反应与电励磁同步机类似但由于dq轴磁阻不同引起电抗也不同 第四讲永磁同步电机 4.永磁同步电机电枢反应和电枢反应电抗 第四讲永磁同步电机 4.永磁同步电机电枢反应和电枢反应电抗 第四讲永磁同步电机 4.永磁同步电机电枢反应和电枢反应电抗 第四讲永磁同步电机 5.永磁同步电机的感应电势 第四讲永磁同步电机 5.永磁同步电机的感应电势 第四讲永磁同步电机 6.永磁同步电机的稳态电磁关系----电压方