三相永磁同步电动机相关知识PPT教案

第11页/共34页
稀土永磁电机的研究和开发大致可以分为三个阶段
(3)进入90年代，随着永磁材料性能的不断提高和完善， 特别是铝铁硼永磁材料的热稳定性和耐腐蚀性的改善和 价格的逐步降低，稀土永磁电机的研究开发进入了一个 新的阶段。目前，稀土永磁电机的单台容量已经超 1000kW，我国己制成了110kW和250kW的永磁同步电动 机，其效率高达95%。德国制成的6相变频电源供电的 1095kW稀土永磁同步电动机，与过去用的直流电动机相 比，体积减少到60%左右，总损耗降低了20%左右。
第4页/共34页
永磁同步电机的发展
目前，在我国包括微型特种电机，中小型电动机和大型 发电机在内的各类电机都可以采用永磁同步电机。例如， 它可适用于汽车、仪表、钟表、计算机外围设备、航空 设备、音像设备等。特别“八五”期间，我国不少专业 研究单位和工矿企业在调整产品结构，提高产品质量， 加速技术开发和全面实现产品国产化的主导思想基础上， 大力开展了永磁同步电动机及其驱动系统的实用性的应 用研究，取得了相应的开发性成果。随着国民经济和科 学技术的发展，特别是高新技术的迅速发展，对电机产 品的性能和品种提出了许多的新的要求。从而也为电机 产品获得了更大的发展空间。我国许多高校和科研单位 自上世纪80年代开始就纷纷开始进行高效率同步电动机 的研制，取得了明显的节能效果，0. 8kW 纺织专用永磁 同步电动机，效率高达91%。我国已批量生产数控机床用 的稀土永磁直流无刷电动机调速比高达l: 100000。在我 国，1990年生产的各类永磁微型特种电机近7000万台， 约占我国微特电机总产量的70%.
稀土永磁材料
稀土永磁体的磁能积比电磁铁高得多，其 磁能量密度已接近超导装置的水平。它的 主要用途是用于同步或无刷直流电机。将 磁体放入感应电机的转子内，其电机具有 很高的效率和功率因数，可作为同步电机 使用，也可以作为速度、转矩和效率可控 的直流无刷电机使用。现在许多型号的电 机，都有自己的功能和用途。在工业先进 的国家，使用永磁体占20%左右，我们国家 刚刚起步，稀土永第磁7页/共电34页机的应用，主要取 决于磁体的价格。
第16页/共34页
永磁同步电动机的总体结构
永磁同步电动机也由定子、转子和端盖等部件构成。定了与普通感 应电动机基本相同。也采用叠片结构以减少电动机运行时的铁耗。 转子铁心可以做成实心的。也可以用叠片叠城市而面。电枢绕组既 有采用集中整距绕组的，也有采用分布短距绕组和非常规绕组的， 一般来说，矩形波永磁同步电动机通常采用集中整距绕组，而正弦 波永磁同步电动机更常采用分布短距绕组。在一些正弦波电流控制 永磁同步电动机中，为了减小绕组产生的磁动势空间谐波，使之更 接近正弦分布以提高电动机的有关性能，采用了一些非常规绕组。 可大减小电动机转矩纹波，提高电动机运行平衡性，为减小电动机 杂散损耗，定子绕组通常采用星形接法。永磁同步电动机的气隙长 度是一个非常关键的尺寸，尽管它对这类电动机的无功电流的影响 不如对感应电动机那么敏感，但是它对电动机的交、直轴电抗影响 很大，进而影响到电动机的其他性能。此外，气隙长度的大小还对 电动机的装配工艺和电动机的杂散损耗有着较大的影响。
三相永磁同步电动机相关知识
Байду номын сангаас
会计学
1
永磁同步电机的发展概况
国内外对开发高效电动机都很重视。各国学者和研究人 员都纷纷致力于高磁场永磁材料，永磁式电动机及其驱 动系统的理论和应用研究,取得了卓有成效的研究和开发 成果。随着永磁材料工艺的进步和电子电力技术的发展， 永磁同步电动机逐渐克服技术难点，逐步占领市场。永 磁同步电动机与异步电机比较，有效率高、功率因数接 近1、体积小、节能等优势。在当今强调节约、绿色概念 的社会，节能和节约材料的永磁同步电机已经在国外蓬 勃发展，而在国内电机行业也以惊人的速度在发展。
第3页/共34页
永磁同步电动机的发展
异步起动永磁同步电动机是近年来发展较快的一种永磁同步电机。自20世纪 80年代后期起,国内外都有大量学者从事这方面的研究工作。并已将其用于工 业生产,经过近10年的发展,尤其是高性能永磁材料钕铁硼的广泛应用,由于其 转子损耗下降,电枢激磁电流减小,效率高,在小功率到中等功率场合,有替代 鼠笼转子异步电机的趋势。同时,对异步起动永磁同步电动机的研究又具有一 定的学术价值,它融合了异步电机与永磁电机的特性。因而,近年来科研人员 在结构设计(尤其是转子结构设计)、参数计算、性能分析等方面都做了大量 的工作,取得了一定的成绩。本文从异步起动永磁同步电动机的转子结构设计、 电机原理设计及性能分析几方面综述国内外异步起动永磁同步电机的发展现 状及今后主要的研究方向。
第5页/共34页
永磁性材料简述
永磁电机的性能、设计制造特点和应用范 围都与永磁材料的性能密切相关。永磁材 料种类众多，性能差别很大，只有全面了 解后才能做到设计合理，使用得当。因此， 在研究永磁电机之前，首先从设计制造永 磁电机的材料需要出发，扼要介绍电机中 最常用的几种主要永磁材料。
第6页/共34页
。 电动机方式命名)。图1-2中E为转子磁通所产生的反电
动势
第13页/共34页
永磁同步电机的主要特点和应用
与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁 电机体积量轻、惯性小、响应快、高转矩/惯量比和高速 度/重量比，高效和高起动转矩，高功率因数，以及省电 和运行可靠等等显著优点。因而应用范围极为广泛，几 乎遍及航天、国防、工农为生产和日常生活的各个领 域。 永磁同步电动同与感应电动机相比，不需要无功励 磁电流，可以显著提高功率因数（可达到1、甚至达到容 性），减少了定子电流和定子电阻损耗，进而可以因总 损耗降低而减小风扇（小容量电机甚至可以去掉风扇） 和相应的风摩损耗，从而使其效率比同规格感应电动机 可提高2 ~ 8个百分点。而且，永磁同步电动机在 25% ~ 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著。这类电机一般 都在转子上设置起动绕组，脸有在某一频率和电压下直 接起动的能力，又称为异步起动同步电动机。由于钕铁 硼永磁同步电动机价格比同规格的感应电动机贵1倍左右， 应用前需进行经济比较分析。目前主要应用于纺织化纤 工业、陶瓷玻璃工业和年运行时间长的风机、水泵等。
第1页/共34页
永磁同步电机的发展概况
自20世纪80年代开始，我国学者和研究人员都纷纷致力于高磁场永磁材料， 永磁式电动机及其驱动系统的理论和应用研究，并取得了卓有成效的研究和 开发成果。国内在高效永磁电机的研究开发方面做了大量的工作，先后有沈 阳工业大学、西北工业大学、华中理工大学、清华大学、上海电器科学研究 所等相继进行高效永磁电机研制开发，取得许多成果。特别是0.8KW纺织专用 永磁同步电动机，效率高达91%，功率因数高于0.95，节电率高达10%以上， 批量生产后获得用户好评。我国已开发的容量较大的有上海电机厂开发的 110KW和北京重型电机厂开发的250KW高效钕铁硼永磁同步电动机。首钢机电 有限公司电机厂与沈阳工业大学工程院院士唐任远教授合作，历时２年共同 研制开发了TYX300-4300KW稀土永磁电机,此项目是国家高技术研究发展(863) 计划
第2页/共34页
永磁同步电机的发展概况
重大项目“钕铁硼电机应用产品开发”(863-Z37-03)增补项目。该电机经北 京重型电机厂试验，启动性能、电机效率、功率因数、过载倍数等各项指标 都达到预期的良好效果。通过在首钢动力厂二供水车间9泵站方坯二冷系统2# 机(47D)号泵位运行，各项主要指标(效率、功率因数、起动、过载)远超过被 替代的原JS138-4300KW异步电机，节电效果显著。目前，该电机是国内运行 的最大高压永磁电机，而且各项技术指标都超过以往，尤其在中大型永磁电 机里的节电率方面体现了较高的水平。
第14页/共34页
永磁同步电机的主要特点和应用
与电励磁同步电动机相比，永磁同步电动机省去了励磁 功率，提高了效率，简化了结构，实现了无刷化。特别 是100 ~ 250KW的永磁同步电动机。以110KW 8极电动机 为例，其效率高达95% ，功率因数为0.916,起动转矩倍 数为1.52，永磁体用量为0.15Kg/KW. 但是永磁同步电动 机制成后难以调节磁场以控制其功率因数和无功功率， 需要从其化方面采取措施。随着电力电子技术的发展， 和电子器件及变频技术的进步，就磁同步电动机这方面 的缺陷已不再限制其发展。
稀土永磁材料
近几年来，钕铁硼永磁材料的磁性能大幅度高， 热稳定性和抗腐蚀性也有了较大的进展，价格 也相对有所减低，国内外都出现一个新的应用 高潮。我国稀土资源丰富，稀土储存量为世界 其他各国存量之和的4倍，稀土矿石和钕铁硼永 磁烧结的产量已居世界前列。充分发挥我国稀 土资源丰富的优势，大力研究和推广应用稀土 永磁电机，具有重要的意义。
第8页/共34页
稀土永磁材料
在永磁电机产品结构方面，铝镍钴和铁氧体永磁几乎各占一半市场，钕铁硼 永磁材料则以优异的磁性能得到迅速发展。铁氧体永磁以廉价的优势占据低 档电机的市场。铝镍钴应用市场所占有的比例将相对减少，现有的大部分将 被钕铁硼取代。但由于铝镍钴温度稳定性高，在高精度测速电机等信号类型 微电机中仍然会占有一席之地。
第10页/共34页
稀土永磁电机的研究和开发大致可以分为三个阶段
(1) 60年代后期和70年代，由于稀土钻永磁价格昂贵，研究开发的重点是航空、 航天用电机和要求高性能而价格不是主要因数的高科技领域。
(2) 80年代，特别是1983年出现价格相对较低的铝铁硼永磁后，国 内外的研究 开发重点转移到工业和民用电机上，稀土永磁的优异磁性能，加上电力电子 器件和微机控制技术的迅猛发展，不仅使许多传统的电励磁电机纷纷用稀土 永磁电机来取代，而且可以实现传统的电励磁电机所难以达到的高性能。
永磁同步电动机由于取消了励磁绕组、集电环和励柜，与普通电励磁同步电 动机相比，不仅提高了可靠性和维护性，其效率也有了较大提高；与异步电 动机相比，不但效率提高，功率因数也大大改善。因此，研制中型高效稀土 永磁同步电动机替代普通异步电动机和电励磁同步电动机，可改变目前我国 电能浪费严重的现状，带来可观的节能效果和显著的经济社会效益。
第15页/共34页
永磁同步电动机的总体结构
三相异步起动永磁同步电动机定子冲片及绕组型式与三
相感应电机基本相同，转子结构较为复杂。目前多数文 献将三相异步起动永磁同电动机结构按照磁极磁路结构 的不同分为三大类型：径向式、切向式、混合式等三种 结构。转子磁极多数选用具有高的矫顽力、剩磁密度及 磁能积的稀土永磁材料。
第9页/共34页
稀土永磁材料
我国是稀土大国，稀土储量占世界的80%，研究和开发中型高效稀土永磁同
步电动机还可大面积推广应用我国资源丰富的钕铁硼永磁材料，变资源出口 为高附加值产品出口，并促进稀土永磁材料行业、电机行业、风机水泵行业 和石油化工行业的产品结构调整和更新换代，产生以科技为先导的新的经济 增长点，并促进一些重工业行业电机拖动方面的节能改造。
第12页/共34页
永磁同步电动机的分类
永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向 的不同，可分为公式向磁场式和轴向磁场式；按电枢 绕组位置的不同，可分为内转子式（常见式）和外转 子式；按转子上有无起动绕组，可分为无起动绕组的 电动机（用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升 高而起动并随着频率的改变而调节转速，常称为调速 永磁同步电动机）和有起动绕组的电动机（即可以用 于调速运行又可以在某一频率和电压下利用起动绕组 所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电 机）；按供电电流小型的不同，可分为：方波驱动的 永磁同步电动机和正弦波动的永磁同步电动机。主要 的原因是由于转子永磁磁极的磁场分别造成的，如图 所示(人们为了区分二者，把梯形波驱动的永磁同步电 动机称为永磁无刷直流电动机，把正弦波驱动的永磁 同步电动机称为永磁同步电动机，除特别说明外，本 文按梯形波驱动的永磁同步电动机称为永磁无刷直流 电动机，正弦波驱动的永磁同步电动机称为永磁同步