永磁同步電機(jī)原理及其應(yīng)用

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；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l我國電動機(jī)保有量大，消耗電能大，設(shè)備老化，效率較低。l永磁同步電動機(jī)(PMSM)具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標(biāo)好、溫升低等特點。永磁同步電機(jī)基本原理永磁同步電機(jī)基本原理l電機(jī)是以磁場為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。l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，可有兩種方法：一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場，如普通的直流電機(jī)，同步電機(jī)和異步電機(jī)等；另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場

2、，即永磁同步電機(jī)。l從基本原理來講：永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)電勵磁同步電機(jī)是一樣的，其唯一區(qū)別為傳統(tǒng)的電勵磁同步電機(jī)是通過在勵磁繞組中通入電流來產(chǎn)生磁場的，而永磁同步電機(jī)是通過永磁體來建立磁場的，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)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢1、效率高、更加省電：a、由于永磁同步電機(jī)的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免通過勵磁電流來產(chǎn)生磁場而導(dǎo)致的勵磁損耗（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)，其在輕載時效率值要高很多，這是永磁同步電機(jī)在節(jié)能方面，相比異步電機(jī)最大的一個優(yōu)勢。因為通常電機(jī)在驅(qū)動負(fù)載時，很少情況是在滿功率運行，這是因為：一方

3、面用戶在電機(jī)選型時，一般是依據(jù)負(fù)載的極限工況來確定電機(jī)功率，而極限工況出現(xiàn)的機(jī)會是很少的，同時，為防止在異常工況時燒損電機(jī)，用戶也會進(jìn)一步給電機(jī)的功率留裕量；另一方面，設(shè)計者在設(shè)計電機(jī)時，為保證電機(jī)的可靠性，通常會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)致在實際運行的電機(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)。對異步電機(jī)來講，其在輕載時效率很低，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)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高，這樣相

4、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)計成多極電機(jī)（如可以100極以上），這樣對于傳統(tǒng)需要通過減速箱來驅(qū)動負(fù)載電機(jī)，可以做成直接用永磁同步電機(jī)驅(qū)動的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動效率。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢2、功率因數(shù)高：由于永磁同步電機(jī)在設(shè)計時，其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，甚至可以設(shè)計成功率因數(shù)等于1，且與電機(jī)極數(shù)無關(guān)。而異步電機(jī)隨著極數(shù)的增加，由于異步電機(jī)本身的勵磁特點，必然導(dǎo)致功率因數(shù)越來越低，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)

5、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)高有以下幾個好處：永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢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，同時其他輔助配套設(shè)施如開關(guān)，電纜等規(guī)格可以更小，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)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢3、電機(jī)結(jié)

6、構(gòu)簡單靈活：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)計更為靈活，如對鐵路牽引電機(jī)，可以將電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鋼可直接安裝在機(jī)車輪對的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)大為簡化；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)子與葉輪做成一個整體，隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，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，便于實現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動負(fù)載，省去噪音大，故障率高的減速箱，增加了機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢4、可靠性高：從電機(jī)本體來對比，永磁同步變頻調(diào)速

7、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，便于實現(xiàn)直接驅(qū)動負(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)計在其驅(qū)動裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置，石油鉆機(jī)的絞車驅(qū)動裝置，從而可以省去傳統(tǒng)電機(jī)故障率高的軸承：大大提高了傳動系統(tǒng)的可靠性。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢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，集中體現(xiàn)在驅(qū)動低速大扭矩的負(fù)載時，一個是電機(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的情況下，電機(jī)的體積可以設(shè)計的更?。浑姍C(jī)結(jié)構(gòu)的

8、靈活性，可以省去電機(jī)內(nèi)許多無效部分，如繞組端部，轉(zhuǎn)子端環(huán)等，相應(yīng)體積可以更小。永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢6、起動力矩大、噪音小、溫升低 ：a、永磁同步電機(jī)在低頻的時候仍能保持良好的工作狀態(tài)，低頻時的輸出力矩較異步電機(jī)大，運行時的噪音?。籦、轉(zhuǎn)子無電阻損耗，定子繞組幾乎不存在無功電流，因而電機(jī)溫升低，同體積、同重量的永磁電機(jī)功率可提高30%左右；同功率容量的永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可減少30%。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用前景永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用前景基于永磁同步電機(jī)上述眾多優(yōu)勢，特別在目前國家節(jié)能減排的大背景下，其應(yīng)用前景極為廣闊。隨著永磁體及永磁同步電

9、機(jī)控制技術(shù)的日益成熟可靠，其應(yīng)用范圍基本上可以覆蓋目前應(yīng)用電機(jī)所有領(lǐng)域： 永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例電動汽車伴隨汽車工業(yè)的急速發(fā)展，環(huán)保問題也越來越嚴(yán)重，為了解決上述問題，并且大幅改善燃油經(jīng)濟(jì)型，毫無疑問就是使用電動汽車。永磁同步電機(jī)以其高效率、高功率因數(shù)和高功率密度等優(yōu)點，正逐漸成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流電機(jī)之一。軌道交通領(lǐng)域2007年，阿爾斯通公司研發(fā)的新一代永磁牽引電機(jī)系統(tǒng)的高速AGV列車V150，創(chuàng)下列車速度世界新紀(jì)錄574.8km/h。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例電梯領(lǐng)域永磁同步電機(jī)產(chǎn)生較小的諧波噪聲，應(yīng)用于電梯系統(tǒng)中，可以帶

10、來更佳的舒適感；永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例醫(yī)療機(jī)械領(lǐng)域傳統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)的整流子電機(jī)不僅故障率高，且壽命短、噪聲大、無法做消毒處理。用電子換向無刷直流永磁電機(jī)可以極大的提高工作可靠性，降低噪聲，延長壽命，是開發(fā)新一代醫(yī)療器械的關(guān)鍵。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例家電行業(yè)領(lǐng)域由于永磁電機(jī)在低運轉(zhuǎn)時效率極高，可以有效的降低頻繁啟動的損耗，是實現(xiàn)家電節(jié)能的較佳技術(shù)途徑之一。 永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例船舶電力推進(jìn)領(lǐng)域推進(jìn)電機(jī)是船舶綜合電力系統(tǒng)的重要組成部分、永磁同步推進(jìn)電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、易于實現(xiàn)集中遙控、可靠性高、可維護(hù)性好等優(yōu)點，是船舶推進(jìn)電機(jī)的理想選擇。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例擠出機(jī)領(lǐng)域螺桿驅(qū)動電機(jī)是擠出機(jī)動力系統(tǒng)的重要組成部分、永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、可靠性高、可維護(hù)性好等優(yōu)點，是擠出機(jī)驅(qū)動電機(jī)的理想選擇。永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)應(yīng)用案例永磁同步電機(jī)的發(fā)展趨勢永磁同步電機(jī)的發(fā)展趨勢永磁同