电梯培训—第1章3永磁同步电动机

永磁材料
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。因 此，在研究永磁电机之前，首先从设计 制造电机的需要出发，了解电机中最常 用的三种主要永磁材料（铁氧体、铝镍 钴、钕铁硼）的基本性能，包括磁性能、 物理性能，选用时的注意事项。
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永磁体的磁稳定性
永磁同步电动机的总体结构
1. 高效永磁同步电动机结构示意图
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7－转子铁心 8－永磁体 9－起动笼 10—风扇 11—风罩
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永磁直流无刷电动机结构示意图
l－转轴 2－前端差 3－螺钉 4－调整垫片 5－轴承 6－定子组件 7－永磁转子组件 8－位置传感器转子 9－后端差 10—位置传感器定子
• 为了保证永磁电机的电气性能不发 生变化，能长期可靠地运行，要求 永磁材料的磁性能保持稳定。通常 用永磁材料的磁性能随环境、温度 和时间的变化率来表示其稳定性， 主要包括热稳定性、磁稳定性、化 学稳定性和时间稳定性。
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永磁同步电动机
概述
• 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机 相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁 绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工 和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电 刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁 电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和 功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个 领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。
为零，而异步电机的转速永远低于同步转速，转差不 为零，可以靠控制转差来调速。 （2）异步机的磁场靠定子供电产生，而同步电机的磁场 花样很多，一般大中型同步电机在转子侧采用独立的 直流励磁，小容量的同步电机采用永久磁铁（磁场不 变），磁阻式同步机完全靠定子励磁（靠凸极磁阻的 变化产生同步转矩）。 （3）异步电机的功率因数永远小于1，而同步电机的功 率因数可以用励磁电流来调. 节，可以滞后，可以超前。
2. 由永磁体来产生磁场
由于永磁材料的固有特性，它经过预先磁化[充磁]以后， 不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。这既可简化电 机结构，又可节约能量。
.源自文库
• 与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是 稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积 小，质量轻；损耗少，效率高；电机的形状和 尺寸可以灵活多样等显著优点。因而应用范围 极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业 生产和日常生活的各个领域。
1．表面凸出式 结构简单、制造成本较低、转动 惯量小等优点，在矩形波永磁同步电动机和恒 功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机中 得到了广泛应用。此外，表面凸出式转子结构 中的永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能 使电动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极形 状，可显著提高电动机乃至整个传动系统的性 能。
2．表面插入式 可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度， 动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简 单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较. 凸出式大。
同步电机与感应（异步）电机的区别
同步电机与感应（异步）电机的区别在于： （1）同步电机的转速严格的与电源频率保持同步，转差
（5）异步电机的气隙都是均匀的，而同步电机 则有隐极式和显极式之分。隐极式电机气隙是 均匀的，而显极式电机的气隙磁阻不均匀，对 于电励磁的电机直轴磁阻小，交轴磁阻大。对 于永磁电机直轴磁阻大，交轴磁阻小。
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• 以前，由于同步电动机存在着自身的弱点（起
动费事，必须由异步电动机拖动，重载时有振
荡和失步的危险），一般工业设备很少用。变
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永磁同步电动机分类
• 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，可分为径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(常规式)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(既可用于调速运行又 可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动机)；按供电电 流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦 波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动 永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一 台具有阻尼(起动)绕组的调.速永磁同步电动机。
• 永磁同步电动机与感应电动机相比，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。
永磁同步电动机
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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。为了在电机内建立必需的气隙磁场，可 以有两种方法。
1. 在电机绕组内通以电流来产生磁场
如普通的直流电机和同步电机。要专门设置励磁绕组，通 入直流电，来建立气隙磁场。电机体积增大，励磁功率造成电 机发热，效率降低。
感应（异步）电机要通过三相定子绕组从电网吸收感性无 功电流来建立气隙磁场。电机功率因数低，效率也有所降低。
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调速永磁同步电动机结构示意图
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7，8－永磁体 9－转子铁心 10—风扇 11—风罩 12－位置、速度传感器 13，14－电缆 15－专用变频驱动器
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永磁同步电动机的转子结构
表面式转子磁路结构
1） 凸出式
2）插入式
1－永磁体 2－转子. 铁心 3－转轴
同步电机与感应（异步）电机的区别（续）
（4）同步电机和异步电机的定子是一样的，而 转子绕阻不同。同步电机的转子除励磁绕组外， 还有一个自身短路的阻尼绕阻。当同步机在恒 频下运行时，阻尼绕阻有助于抑制重载时发生 的震荡。但当同步电机重载转速闭环下变频调 速运行时，阻尼绕阻便失去它的主要作用，却 增加了数学模型的复杂性。