4. 永磁同步电机原理及其应用.pdf

发展永磁同步电机介绍 一、发展永磁同步电机意义； 二、永磁同步电机基本原理、 三、永磁同步电机相比异步电机的优势； 四、永磁同步电机应用案例； 五、永磁同步电机应用前景； 发展永磁同步电机的意义 我国电动机保有量大，消耗电能大，设备老化，效率较低。 永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率因数高、起动 力矩大、力能指标好、温升低等特点。 永磁同步电机基本原理 电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。 为在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可有两种方法：一 种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，如普通的直流电机，同步电机和异 步电机等；另一种是由永磁体来产生磁场，即永磁同步电机。 从基本原理来讲：永磁同步电机与传统电励磁同步电机是一样的，其唯一 区别为传统的电励磁同步电机是通过在励磁绕组中通入电流来产生磁场的， 而永磁同步电机是通过永磁体来建立磁场的，并由此引起两者分析方法存在 差异。 永磁同步电机相比交流异步电机优势 1、效率高、更加省电： a、由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来 产生磁场而导致的励磁损耗（铜耗）； b、永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机，其在轻载时效率值要高 很多，这是永磁同步电机在节能方面，相比异步电机最大的一个优势。因 为通常电机在驱动负载时，很少情况是在满功率运行，这是因为：一方面 用户在电机选型时，一般是依据负载的极限工况来确定电机功率，而极限 工况出现的机会是很少的，同时，为防止在异常工况时烧损电机，用户也 会进一步给电机的功率留裕量；另一方面，设计者在设计电机时，为保证 电机的可靠性，通常会在用户要求的功率基础上，进一步留一定的功率裕 量，这样导致在实际运行的电机90% 以上是工作在额定功率的70% 以下， 特别是在驱动风机或泵类负载，这样就导致电机通常工作在轻载区。对异 步电机来讲，其在轻载时效率很低，而永磁同步电机在轻载区，仍能保持 较高的效率，其效率要高于异步电机20% 以上。 永磁同步电机相比交流异步电机优势 c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其电机电流更小，相应 地电机的定子铜耗更小，效率也更高。 d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受电机极数的影响， 因此便于设计成多极电机（如可以100极以上），这样对于传统需要通过 减速箱来驱动负载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统， 从而省去了减速箱，提高了传动效率。 永磁同步电机相比交流异步电机优势 2、功率因数高： 由于永磁同步电机在设计时，其功率因数可以调节，甚至可以设计成功率 因数等于1，且与电机极数无关。而异步电机随着极数的增加，由于异步电 机本身的励磁特点，必然导致功率因数越来越低，如极数为8极电机，其功 率因数通常为0.85左右，极数越多，相应功率因数越低。即使是功率因数最 高的2极电机，其功率因数也难以达到0.95 。电机的功率因数高有以下几个好 处： 永磁同步电机相比交流异步电机优势 a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能； b、功率因数高，电机配套的电源，如逆变器，变压器等，容量可以 更低，同时其他辅助配套设施如开关，电缆等规格可以更小，相 应系统成本更低。 c、由于永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限制，在电机配 套系统允许的情况下，可以将电机的极数设计的更高，相应电机 的体积可以做得更小，电机的直接材料成本更低。 永磁同步电机相比交流异步电机优势 3、电机结构简单灵活： a 、由于异步电机转子上需要安装导条、端环或转子绕组，大大限制了异步电 机结构的灵活性，而永磁同步电机转子结构设计更为灵活，如对铁路牵引 电机，可以将电机转子的磁钢可直接安装在机车轮对的转轴上，从而省去 了减速齿轮箱，结构大为简化；又如永磁风力发电机，电机做成外转子直 驱结构，电机的转子与叶轮做成一个整体，随叶轮一起转动，而定子固定 在支撑塔上。 b 、由于永磁同步变频调速电机参数不受电机极数的限制，便于实现电机直接 驱动负载，省去噪音大，故障率高的减速箱，增加了机械传动系统设计的 灵活性。 永磁同步电机相比交流异步电机优势 4 、可靠性高： 从电机本体来对比，永磁同步变频调速电机与异步电机的可靠性相当，但由 于永磁同步电机结构的