永磁同步电动机教材

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。
• 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。 • 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。
• 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 频调速技术弥补了这些缺点：起动时变频器频 率逐渐上升，转速也逐渐提高，不需其他起动 设备；失步问题是由于同步转速不变，转子落 后的角度过大引起的，而变频调速中的转速和 转矩闭环控制，可以随时调节同步转速，避免 了失步现象。由于同步电机的固有优点使同步 电机的变频调速成为交流调速的一个很有潜力 的发展方向。
永磁同步电动机
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。
（ 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。
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。 （ 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。
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
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
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
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 1－永磁体
2）插入式 2－转子铁心 3－转轴
• 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。
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。
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 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）。
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。
பைடு நூலகம்
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。
永磁体的磁稳定性