永磁电机优势

永磁同步电机优势介绍
一、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。

二、
永磁同步电机有哪些优势？
永磁同步电机相比目前传统的交流异步电机和交流同步电机其优势如下：
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，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。

对感应电机来讲，其在轻载时效率是很低，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。

c)
基于下面第2）条的原因，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。

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，甚至的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，相应功率因数更低。

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：
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)
由于永磁同步变频调速电机设计设计电机极数的束缚，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：
说明见上述
2）的c）条说明、3）条c）条说明。

需要说明的是，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，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。

2.
永磁同步电机相比传统的电励磁交流同步电机优势：
1）
效率高：说明同异步电机
1）条的a），b)；此外永磁同步电机增加了碳刷跟集电环
之间的接触损耗，包括接触部分的电损耗和机械损耗。

2）
电机结构更为简单灵活：
a)
传统同步电机需要安装电励磁绕组及配套的励磁装置，大大限制了电机结构的灵活性，而永磁同步电机无此限制。

b)
传统同步电机由于需向电励磁绕组提供供电电源，相应需增加励磁装置，如励磁线圈，碳刷，刷架，集电环等，对无刷同步电机，需安装励磁机等，
而永磁同步电机不需这些装置。

c)
传动电励磁同步电机需考虑励磁绕组固定及操作空间的要求，永磁同步电机磁钢的结构布置灵活多样，磁钢的安装和固定也极为灵活，如内置式转子磁路结构，只需将磁钢嵌入转子内。

3）
可靠性：永磁同步电机由于没有传统同步电机的整套励磁系统，特写可靠性低的集电环和碳刷装置，因此从电机本体来看，其可靠性要大大优于传动电励磁同步电机。

4）
维护性：永磁同步电机由于结构简单，除带轴承的电机需要维护轴承外，基本无需维护，而传统电励磁同步则存在励磁系统的维护问题，特别是碳刷，集电环等的维护相当繁琐。

5）
体积小，功率密度大：基于永磁同步电机的结构简单灵活以及效率高等特点，电机体积和功率密度要明显优于传统电励磁同步电机。

三、
永磁同步变频调速电机应用前景
基于永磁同步电机上述众多优势，特别在目前国家‘节能减排’的大背景下，其应用前景极为广阔。

随着永磁体及永磁同步电机控制技术的日益成熟可靠，其应用范围基本上可以覆盖目前应用电机所有领域：包括机车牵引，汽车牵引，风力发电机，空调，石油钻探、开采，核电及目前普通三相异步电机应用所有场合等等。

因此，可以预测：凭借永磁同步电机固有许多优势，从技术发展的角度来看，永磁同步电机必将成为下一带驱动电机的主流机型，应用前景无限广阔。

同时，开展永磁同步电机技术研究是我公司着眼于长远发展的必然需求。