永磁同步電機(jī)原理及其應(yīng)用

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1、發(fā)展永磁同步電機(jī)介紹一、發(fā)展永磁同步電機(jī)意義；二、永磁同步電機(jī)基本原理、三、永磁同步電機(jī)相比異步電機(jī)的優(yōu)勢(shì)；四、永磁同步電機(jī)應(yīng)用案例；五、永磁同步電機(jī)應(yīng)用前景；發(fā)展永磁同步電機(jī)的意義我國(guó)電動(dòng)機(jī)保有量大，消耗電能大，設(shè)備老化，效率較低。永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng)力矩大、力能指標(biāo)好、溫升低等特點(diǎn)。永磁同步電機(jī)基本原理電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場(chǎng)，可有兩種方法：一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通以電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，如普通的直流

2、電機(jī)，同步電機(jī)和異步電機(jī)等；另一種是由永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，即永磁同步電機(jī)。從基本原理來(lái)講：永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)電勵(lì)磁同步電機(jī)是一樣的，其唯一區(qū)別為傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)是通過在勵(lì)磁繞組中通入電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的，而永磁同步電機(jī)是通過永磁體來(lái)建立磁場(chǎng)的，并由此引起兩者分析方法存在差異。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)1、效率高、更加省電：a、由于永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免通過勵(lì)磁電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)而導(dǎo)致的勵(lì)磁損耗（銅耗）；b、永磁同步電機(jī)的外特性效率曲線相比異步電機(jī)，其在輕載時(shí)效率值要高很多，這是永磁同步電機(jī)

3、在節(jié)能方面，相比異步電機(jī)最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，很少情況是在滿功率運(yùn)行，這是因?yàn)椋阂环矫嬗脩粼陔姍C(jī)選型時(shí)，一般是依據(jù)負(fù)載的極限工況來(lái)確定電機(jī)功率，而極限工況出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是很少的，同時(shí)，為防止在異常工況時(shí)燒損電機(jī)，用戶也會(huì)進(jìn)一步給電機(jī)的功率留裕量；另一方面，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，為保證電機(jī)的可靠性，通常會(huì)在用戶要求的功率基礎(chǔ)上，進(jìn)一步留一定的功率裕量，這樣導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行的電機(jī)90%以上是工作在額定功率的70%以下，特別是在驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)或泵類負(fù)載，這樣就導(dǎo)致電機(jī)通常工作在輕載區(qū)。對(duì)異步電機(jī)來(lái)講，其在輕載時(shí)

4、效率很低，而永磁同步電機(jī)在輕載區(qū)，仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機(jī)20%以上。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高，這樣相比異步電機(jī)其電機(jī)電流更小，相應(yīng)地電機(jī)的定子銅耗更小，效率也更高。d、系統(tǒng)效率高：永磁電機(jī)參數(shù)，特別是功率因數(shù)，不受電機(jī)極數(shù)的影響，因此便于設(shè)計(jì)成多極電機(jī)（如可以100極以上），這樣對(duì)于傳統(tǒng)需要通過減速箱來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)，可以做成直接用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動(dòng)效率。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)2、功率因數(shù)高：由于永磁同步電機(jī)在

5、設(shè)計(jì)時(shí)，其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，甚至可以設(shè)計(jì)成功率因數(shù)等于1，且與電機(jī)極數(shù)無(wú)關(guān)。而異步電機(jī)隨著極數(shù)的增加，由于異步電機(jī)本身的勵(lì)磁特點(diǎn)，必然導(dǎo)致功率因數(shù)越來(lái)越低，如極數(shù)為8極電機(jī)，其功率因數(shù)通常為0.85左右，極數(shù)越多，相應(yīng)功率因數(shù)越低。即使是功率因數(shù)最高的2極電機(jī)，其功率因數(shù)也難以達(dá)到0.95。電機(jī)的功率因數(shù)高有以下幾個(gè)好處：永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)a、功率因數(shù)高，電機(jī)電流小，電機(jī)定子銅耗降低，更節(jié)能；b、功率因數(shù)高，電機(jī)配套的電源，如逆變器，變壓器等，容量可以更低，同時(shí)其他輔助配套設(shè)施如開關(guān)，電纜等規(guī)格可

6、以更小，相應(yīng)系統(tǒng)成本更低。c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高低不受電機(jī)極數(shù)的限制，在電機(jī)配套系統(tǒng)允許的情況下，可以將電機(jī)的極數(shù)設(shè)計(jì)的更高，相應(yīng)電機(jī)的體積可以做得更小，電機(jī)的直接材料成本更低。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)3、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活：a、由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子上需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或轉(zhuǎn)子繞組，大大限制了異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，而永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為靈活，如對(duì)鐵路牽引電機(jī)，可以將電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鋼可直接安裝在機(jī)車輪對(duì)的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化；又如永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，電機(jī)做成外轉(zhuǎn)子直驅(qū)結(jié)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)

7、子與葉輪做成一個(gè)整體，隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而定子固定在支撐塔上。b、由于永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)參數(shù)不受電機(jī)極數(shù)的限制，便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，省去噪音大，故障率高的減速箱，增加了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)4、可靠性高：從電機(jī)本體來(lái)對(duì)比，永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)與異步電機(jī)的可靠性相當(dāng)，但由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，便于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，省去可靠性不高的減速箱；在某些負(fù)載條件下甚至可以將電機(jī)設(shè)計(jì)在其驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置，石油鉆機(jī)的絞車驅(qū)動(dòng)裝置，從而可以省去傳統(tǒng)電機(jī)故障率高的軸

8、承：大大提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)5、體積小，功率密度大：永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)體積小，功率密度大的優(yōu)勢(shì)，集中體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)低速大扭矩的負(fù)載時(shí)，一個(gè)是電機(jī)的極數(shù)的增多，電機(jī)體積可以縮小。還有就是：電機(jī)效率的增高，相應(yīng)地?fù)p耗降低，電機(jī)溫升減小，則在采用相同絕緣等級(jí)的情況下，電機(jī)的體積可以設(shè)計(jì)的更?。浑姍C(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，可以省去電機(jī)內(nèi)許多無(wú)效部分，如繞組端部，轉(zhuǎn)子端環(huán)