永磁同步电机特点介绍

日期:2022/9/8 15:16:00 | 人气:106 | TAG 永磁同步电机

一、永磁同步电机基本原理

电机是以磁场为媒介进行电能和机械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,有以下两种方法: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

永磁电机和异步电机效率随负载变化曲线如下图

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永磁电机与异步电机功率因数随负载变化曲线如下图

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二、永磁同步电机有以下优点

永磁同步电机相比目前传统的交流异步电机其

优点如下:

1.永磁同步电机相比交流异步电机优势

1)效率高。这可以从三个方面说明

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,而极限工况是出现的机会是很少的,同时,为防止在异常工况时电机烧损电机,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,留一定的功率裕量,这样导致实际运行的电机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。异步电机在75%以下负载运行时,随着负载的降低效率越来越低;而永磁同步电动机在20%以上负载运行的效率基本接近额定效率,其效率要高于异步电机10%以上。

C)由于永磁同步电机功率因数高,减少了定子电流和定子电阻的损耗,而且在稳定运行时没有转子电阻损耗,进而电机总损耗降低,电机效率提高。

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24、32极等以上),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。

e)通过试验数据可以发现,永磁同步电动机的效率可以达到正4和5.远超13。

2)功率因数高:由于永磁同步电机在工作时不需要无功励磁电流,不同转速的电机功率因数均可以达到0.95以上,甚至可接近1.0,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,功率因数随着电机极数增多越来越低,如极数为8极电机,其功率因数通常为0.6~0.8之间,即使是功率因数最高的2极电机,其功率因数在0.81~0.92之间。电机的功率因数高有以下几个好处

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

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

C)由于变频调速永磁同步电机设计不受电机极数的束缚,因此可以设计成多极电机,显现电机的极数接近或等于电机的槽数,即实现电机的节距(即线圈的跨距)接近1或等于1,可以实现集中绕组,这样可以大大缩短电机定子绕组“无效部分”端部的长度,从而不仅大大缩短了电机长度,减小了电机的体积,特别在某些对电机轴向长度要求高场合,利用永磁同步电机多极集中绕组的特点,可以将电机设计成盘式结构,充分体现了了永磁同步电机的优势。另一方面,随着绕组端部大大减少,因电机绕组端部造成的铜耗也相应降低,进一步提高了电机的效率。

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灵活性,便于实现直接驱动负载,省去可靠性不高的减速箱;在某些负载条件下甚至可以将电机设计在其驱动装置的内部,如风力发电直驱装置,石油钻机的绞车驱动装置,从而可以省去传统电机故障率高的轴承:大大提高了传动系统的可靠性

5)体积小,功率密度大

永磁同步变频调速电机体积小,功率密度大的优势,集中体现在驱动低速大扭矩的负载时,一个是电机的极数的增多,电机体积可以缩小。还有就是:电机效率的增高,相应地损耗降低,电机温升减小,则在采用相同绝缘等级的情况下,电机的体积可以设计的更小;电机结构的灵活性,可以省去电机内许多无效部分,如统组端部.转子端环等,相应体积可以更小

6)寿命长

由于永磁电机效率高,损耗小,电机设计温升较异步电机低,选用的永磁体工作温度不小于150℃,也可以根据客户的要求选用永磁体工作温度不小于180℃的,确保电机在整个生命周期内不会退磁,由于温升低,也保证了电机轴承和绕组的寿命和更高的可靠性

2.变频动永磁同步电机比异步变频电机的优

同样都使用变频器,永磁变频电机不需要无功励磁电流,可以显着提高功率因数(可达到1,甚至容性),减少了定子电流和定子电阻损耗,而且在稳定运行时没有转子铜耗,进而可以减小风扇(小容量电机基至可以去掉风扇和相应的风摩损耗,效率比同规格普通变频电动机可提高2~8个百分点永磁变频电动机在20%~120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数,使轻载运行时节能效果更为显着,工作效率高,较同功率的普通变频电机平均要高5%%,比普通变频电机要节能省电另外,永磁变频电机会根据用户端设备的变化,自动调频改变电机功率,很好地匹配电机输出功率,无论是在轻载或过载的情况下其工作效率依然保持在高水平。

3.自起动永磁同步电动机与变频驱动永磁同步电动机的区别

1)转子结构:自起动永磁同步电动机转子上带有起动绕组,即转子铁芯需铸铝或镶嵌铜条和端环,然后装入磁钢,磁钢的分布形式只能是内置式:而变频驱动永磁同步电动机转子无起动绕组,转子铁芯直接装入磁钢,磁钢的分布形式可以是内置式也可是表贴式

2)起动方式:自起动永磁同步电动机可以直接接入电网运行,需全压起动,不可降压起动,否则无法完成起动,该电机起动电流达额定电流的9-11倍,控制柜容量要相应增加,但也可带普通变频器起动和运行;变频驱动永磁同步电动机需接入驱动器方可起动和运行,起动电流小。

3)功率型谱和安装尺寸:自起动永磁同步电动机的功率、安装尺寸和外形尺寸完全等同于Y2系列电机;而变频驱动永磁同步电动机可按Y2系列电动机的功率、安装尺寸和外形尺寸生产,也可降1~3机座号生产高功率密度、体积小、成本低的更具市场竞争力的产品


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