永磁同步电机原理及其应用分析
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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12 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。
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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。
4
发展永磁同步电机的意义
根据国内外调查，工业领域电动机年平均运行时间约在 3000h 左右， 但在石油、化工、造纸、冶金、电力等行业，电动机年运行时间 往往超过6000h ，对于这些运行时间长的场合，如采用永磁电动 机将会对能源节约带来更显著的效果。
据统计，2006 和2007 年全国共生产各种电动机 2．5亿kW ，其中中 小型电动机年产量约占总产量的 70 ％～80 ％。中小型电动机耗电 量占总发电量的50 ％，加上大型电动机和微电机，耗电量达 60 ％， 是电力生产部门最大的用户。如果效率平均提高一个百分点，则 将会节约电能1833 万kw ，按工业用电0．6元k/w ．h计算，则 可节约电费1100 万元左右，同时还可以减少 663 万kg 炭排量。 根据《京都议定书》，每吨炭排量可以销售到 15 ～18 美5 元，中国 和联合国正在北京筹建炭交易中心，预计 2012 年，中国炭排量定 额占41 ％，也就是说超过41 ％，要花钱买炭排量，低于41 ％， 可以卖出。因此高效永磁同步电动机从国家政策导向和市场需求 方面都有其他电机不可替代的优势，市场前景非常广阔。
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：பைடு நூலகம்磁同步电机与传统电励磁同步电机是一样的，
8
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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，相应功率因数越低。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：
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 工况出现的机会是很少的，同时，为防止在异常工况时烧损7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。对异 步电机来讲，其在轻载时效率很低，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。
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
c、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。
永磁同步电机原理及应用
1
发展永磁同步电机介绍
一、发展永磁同步电机意义； 二、永磁同步电机基本原理； 三、永磁同步电机相比异步电机的优势； 四、永磁同步电机应用案例。
2
发展永磁同步电机的意义
?我国电动机保有量大，消耗电能大，设备老化，效率 较低。 ?永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率因 数高、起动力矩大、力能指标好、温升低等特点。
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永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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。
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。
6
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
1、效率高、更加省电：
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）；
10
上图典型的效率曲线对11 比 左图典型的功率因数曲线对比
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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。
3
发展永磁同步电机的意义
1 国际新标准： IE1 为标准效率： 相当于我国目前生产的普通系 列感应电动机的效率水平；
IE2 为高效率： 比普通电机的效率平均提高 2.75 个百分点，损耗平均下降 20％左右；
4
IE3 为超高效率： 效率再提高 1.5 ～2个百分点， 损耗平均再降低 15％左右，只有美国 2010 年达 到IE3 能耗水平，强制执行；
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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。
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发展永磁同步电机的意义
根据国内外调查，工业领域电动机年平均运行时间约在 3000h 左右， 但在石油、化工、造纸、冶金、电力等行业，电动机年运行时间 往往超过6000h ，对于这些运行时间长的场合，如采用永磁电动 机将会对能源节约带来更显著的效果。
据统计，2006 和2007 年全国共生产各种电动机 2．5亿kW ，其中中 小型电动机年产量约占总产量的 70 ％～80 ％。中小型电动机耗电 量占总发电量的50 ％，加上大型电动机和微电机，耗电量达 60 ％， 是电力生产部门最大的用户。如果效率平均提高一个百分点，则 将会节约电能1833 万kw ，按工业用电0．6元k/w ．h计算，则 可节约电费1100 万元左右，同时还可以减少 663 万kg 炭排量。 根据《京都议定书》，每吨炭排量可以销售到 15 ～18 美5 元，中国 和联合国正在北京筹建炭交易中心，预计 2012 年，中国炭排量定 额占41 ％，也就是说超过41 ％，要花钱买炭排量，低于41 ％， 可以卖出。因此高效永磁同步电动机从国家政策导向和市场需求 方面都有其他电机不可替代的优势，市场前景非常广阔。
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：பைடு நூலகம்磁同步电机与传统电励磁同步电机是一样的，
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永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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，相应功率因数越低。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：
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 工况出现的机会是很少的，同时，为防止在异常工况时烧损7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。对异 步电机来讲，其在轻载时效率很低，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。
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
c、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。
永磁同步电机原理及应用
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发展永磁同步电机介绍
一、发展永磁同步电机意义； 二、永磁同步电机基本原理； 三、永磁同步电机相比异步电机的优势； 四、永磁同步电机应用案例。
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发展永磁同步电机的意义
?我国电动机保有量大，消耗电能大，设备老化，效率 较低。 ?永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率因 数高、起动力矩大、力能指标好、温升低等特点。
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永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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。
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。
6
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
1、效率高、更加省电：
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）；
10
上图典型的效率曲线对11 比 左图典型的功率因数曲线对比
永磁同步电机相比交流异步电机 优势
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。
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发展永磁同步电机的意义
1 国际新标准： IE1 为标准效率： 相当于我国目前生产的普通系 列感应电动机的效率水平；
IE2 为高效率： 比普通电机的效率平均提高 2.75 个百分点，损耗平均下降 20％左右；
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IE3 为超高效率： 效率再提高 1.5 ～2个百分点， 损耗平均再降低 15％左右，只有美国 2010 年达 到IE3 能耗水平，强制执行；