大功率永磁同步电动机培训教材
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感应电机效率曲线示例
几种电动机效率比较
15kW,4极电动机
类型 永磁同步电动机 Y系列感应电动机 美国高效电动机 美国最高效电动机
效率 95%～96% 88% 89.5% 93%
经济运行范围比较
电机类型 永磁同步电动机 感应电动机
经济运行范围 25-120%额定负载 70-100%额定负载
25%额定负载下功率因数 >0.9 <0.5
客 户 选 择 电 机 流 程 图
优点：与传统驱动系统相比，永磁同步电机具有高效率、高功 率因素、高功率密度，良好的控制性能，温升低，可靠性高等 优点。
适应场合：所有Y系列电机调速场合，都可以用永磁同步驱动 系统代替，其成本比交流异步变频高不了多少，而性能在异步 电机基础上大大改善。
低速大扭矩永磁同步电机的应用-抽油机
直驱塔式抽油机
交流感应电机+变频器 Vs 永磁同步电机+变频器：
1.由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗。 所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率因 数素，而感应电机的功率因素较低，尤其在负载较小的情况下。 2.永磁同步电机效率比同容量的感应电机效率高，同时高效区宽 广。 3.永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高 4.感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机没 有此问题。 5.永磁同步电机的控制精度高。
同时电机自带的编码器\旋转变压器反馈信号给驱动器，驱 动器根据反馈值与目标值进行比较，调整各项参数.
永磁同步电机电流为正弦波波形，180度导通PWM控制
电 机 剖 面 图
控
T3
T5
T1
D1
D3
D5
制 Ud
Cd A
B
C
简Βιβλιοθήκη Baidu
T4
T6
T2
图
D4
D6
D2
ia
ib
ic
ea
eb
ec
o
大功率永磁同步电机（PMSM）特点
产品介绍 -------- 低速大扭矩直驱电机
低速大扭矩直驱电机，去掉了传统传动系统中的减速机构，改为直接驱 动客户负载，是永磁同步电机发展的方向之一，该电机一般采用多极设 计，电机转速一般在500RPM以下。 通过直接耦合转矩电机与负载，可以显著提高机器的性能，效率提高， 更加节电，并且无需对减速器进行润滑，因此免除了高昂的维护成本， 机器能够持续运转，可为客户提供优秀的生产能力。 由于结构的简化,使得系统运行的更加平稳,既减少了机械连接造成的振 动,又使得系统由于机械磨损造成的精度损失得到了有效控制。
武汉直驱机电-先进的设计和分析手段
公司拥有基于多领域分析与仿真的开发手段，对电机及控制 系统进行应力场分析，电磁场分析和温度场分析及仿真。确 保开发出来的电机及驱动系统的最优化，同时最大限度的缩 短设计和开发周期，在最短的周期内提供给客户最好的产品。
武汉直驱机电技术有限公司产品介绍
公司产品分为低速大扭矩直驱电机、常规永磁同步伺服 电机、异步起动永磁同步电机三大系列。
.989
704.1
423.9
37kW, 6极感应电机
91.6
.885
774.2
427.0
大功率永磁同步电机(PMSM)应用场合
对节能要求高的场合
连续地以恒速运行：风机，泵，压缩机等 负载率低的场合
多台电动机同步运行的场合 精确调速或调速及频繁换向的场合 减速比小于3，直接驱动的场合 典型应用：抽油机、螺杆泵、水泵、风机
大功率永磁同步(PMSM)驱动系统
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
利用永磁材料产生磁场
钕铁硼(NdFeB)431.4KJ/m3
电流通过绕组产生磁场 利用电磁感应原理,将电能转换为机械能.
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转 子是磁钢，驱动器控制的U/V/W三相电形成旋转磁场，转子 在此磁场的作用下转动，转动速度满足公式60f/p的约束。
功率范围从13.5kW到900kW，转速范围从30RPM到 3000RPM，转矩范围从100Nm到60000Nm。
伺服电机由电机定子、转子、结构件、 反馈元件、冷却系统等各部分组成， 电机均使用钕铁硼强磁材料，采用正 弦波磁路设计。根据使用场合的不同， 反馈元件有采用旋转变压器、编码器、 霍尔等，也有采用无传感器方式。 异步起动永磁同步电机定子与其他永 磁同步电机类似，但转子一般为嵌入 式，除磁钢外，还设计有鼠笼。
功率因数高
不需要无功励磁电流
效率高
平稳运行时没有转子电阻损耗
宽高效工作区
25%～120%额定负载范围内 轻载时节能显著
可直接启动
加转子鼠笼
大功率永磁同步（PMSM）驱动系统框图
示意图
稀土永磁电动机
速度和
位置反 馈
风机冷却系统
变频控制柜
典型 交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
在螺杆泵上推广使用直驱永磁同 步电机，省去了中间传动机构， 电机直接驱动，可无级调速，软 启动，符合螺杆泵负载特性、无 需功率储备。系统效率大大提高
常规大功率永磁同步电机的应用-变频泵
从恒压注水和节能两个方面考虑，在油 田注水系统中使用大功率高速永磁同步 电机，通过泵出口压力作为反馈信号输 入变频器控制板上与原设定值进行比较、 运算从而改变电机频率，调节电机转速 方便地改变水的流量，保证水压恒定， 降低电能损耗。
典型交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
一台注塑机永磁同步伺服电机在运行时的功率曲线
3000rpm永磁同步效率曲线示 例
两台注塑机的测试时间均为一个小时，注塑 循环周期为19.0s，其中冷却时间为3s，托模 进退停顿时间为2秒。通过电度表实际测得 HTF86X1/J2（永磁同步）耗电量为2.12度， HTF80/J1（感应电机）耗电量为2.75度。计 算可得，永磁同步比感应电机每小时省电 0.63度，大约能节省22.9％的电能。 而这台电机的功率大概不到2千瓦，大功率的 节电效果更明显。据统计表明，注塑机里有 些节能达到40-60%
适应场合：适合于 调速场合。当客户 对于性能（效率、 噪声等）或体积、 可靠性要求非常之 高，而减速比小于1： 3时，直驱电机是客 户的首选。
产品介绍 --------- 异步起动永磁同步电机
异步起动永磁同步电机，转子上有鼠笼设计，能够直接接工 频电网启动，不需要变频器，大大降低了成本，而各项性能 和传统异步电机相比有明显提高。
PMSM与交流感应电机的替代及比较
抽油机用永磁同步电动机与感应电动机的替代关系
永磁同步电机的功率/kW
11
15
18.5 22
30
37
45
感应电动机的功率/kW
18.5 22
30
37
45
55
75
永磁电动机与感应电动机的参数比较
效率 %
功率因数 起动转矩 启动电流
N·m
A
22kW, 6极永磁同步电机
93.5
1.直接驱动，去掉减速环 节，可靠性高。 2.旋转电机设计，电机除 需定期补充润滑脂外，无 需其他维护。 3.系统效率高，节能显著。 4.良好的系统可调节性。
异步起动永磁同步电机的应用-磕头机改造项目
以节能为目的直接替换原有感应电机，用户无需做任何修改， 无需变频器，替换成本低
低速大扭矩永磁同步电机的应用-直驱螺杆泵
优点： 该电机既充分发挥了永磁同步电 机的优点，又一定程度上克服了永磁同步 电机成本高的缺点。 适用场合： 适用于不需要调速的场合，开环运行。所 有Y系列不带变频器的常规电机适用的地 方，都适合于自启动永磁同步电机。
产品介绍--------常规大功率永磁同步电机
常规永磁同步伺服电机，在Y系列的机座号上设计，可以直 接替代用户原有使用的异步电机系列，降低用户的替代成本。
几种电动机效率比较
15kW,4极电动机
类型 永磁同步电动机 Y系列感应电动机 美国高效电动机 美国最高效电动机
效率 95%～96% 88% 89.5% 93%
经济运行范围比较
电机类型 永磁同步电动机 感应电动机
经济运行范围 25-120%额定负载 70-100%额定负载
25%额定负载下功率因数 >0.9 <0.5
客 户 选 择 电 机 流 程 图
优点：与传统驱动系统相比，永磁同步电机具有高效率、高功 率因素、高功率密度，良好的控制性能，温升低，可靠性高等 优点。
适应场合：所有Y系列电机调速场合，都可以用永磁同步驱动 系统代替，其成本比交流异步变频高不了多少，而性能在异步 电机基础上大大改善。
低速大扭矩永磁同步电机的应用-抽油机
直驱塔式抽油机
交流感应电机+变频器 Vs 永磁同步电机+变频器：
1.由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗。 所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率因 数素，而感应电机的功率因素较低，尤其在负载较小的情况下。 2.永磁同步电机效率比同容量的感应电机效率高，同时高效区宽 广。 3.永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高 4.感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机没 有此问题。 5.永磁同步电机的控制精度高。
同时电机自带的编码器\旋转变压器反馈信号给驱动器，驱 动器根据反馈值与目标值进行比较，调整各项参数.
永磁同步电机电流为正弦波波形，180度导通PWM控制
电 机 剖 面 图
控
T3
T5
T1
D1
D3
D5
制 Ud
Cd A
B
C
简Βιβλιοθήκη Baidu
T4
T6
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图
D4
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o
大功率永磁同步电机（PMSM）特点
产品介绍 -------- 低速大扭矩直驱电机
低速大扭矩直驱电机，去掉了传统传动系统中的减速机构，改为直接驱 动客户负载，是永磁同步电机发展的方向之一，该电机一般采用多极设 计，电机转速一般在500RPM以下。 通过直接耦合转矩电机与负载，可以显著提高机器的性能，效率提高， 更加节电，并且无需对减速器进行润滑，因此免除了高昂的维护成本， 机器能够持续运转，可为客户提供优秀的生产能力。 由于结构的简化,使得系统运行的更加平稳,既减少了机械连接造成的振 动,又使得系统由于机械磨损造成的精度损失得到了有效控制。
武汉直驱机电-先进的设计和分析手段
公司拥有基于多领域分析与仿真的开发手段，对电机及控制 系统进行应力场分析，电磁场分析和温度场分析及仿真。确 保开发出来的电机及驱动系统的最优化，同时最大限度的缩 短设计和开发周期，在最短的周期内提供给客户最好的产品。
武汉直驱机电技术有限公司产品介绍
公司产品分为低速大扭矩直驱电机、常规永磁同步伺服 电机、异步起动永磁同步电机三大系列。
.989
704.1
423.9
37kW, 6极感应电机
91.6
.885
774.2
427.0
大功率永磁同步电机(PMSM)应用场合
对节能要求高的场合
连续地以恒速运行：风机，泵，压缩机等 负载率低的场合
多台电动机同步运行的场合 精确调速或调速及频繁换向的场合 减速比小于3，直接驱动的场合 典型应用：抽油机、螺杆泵、水泵、风机
大功率永磁同步(PMSM)驱动系统
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
利用永磁材料产生磁场
钕铁硼(NdFeB)431.4KJ/m3
电流通过绕组产生磁场 利用电磁感应原理,将电能转换为机械能.
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转 子是磁钢，驱动器控制的U/V/W三相电形成旋转磁场，转子 在此磁场的作用下转动，转动速度满足公式60f/p的约束。
功率范围从13.5kW到900kW，转速范围从30RPM到 3000RPM，转矩范围从100Nm到60000Nm。
伺服电机由电机定子、转子、结构件、 反馈元件、冷却系统等各部分组成， 电机均使用钕铁硼强磁材料，采用正 弦波磁路设计。根据使用场合的不同， 反馈元件有采用旋转变压器、编码器、 霍尔等，也有采用无传感器方式。 异步起动永磁同步电机定子与其他永 磁同步电机类似，但转子一般为嵌入 式，除磁钢外，还设计有鼠笼。
功率因数高
不需要无功励磁电流
效率高
平稳运行时没有转子电阻损耗
宽高效工作区
25%～120%额定负载范围内 轻载时节能显著
可直接启动
加转子鼠笼
大功率永磁同步（PMSM）驱动系统框图
示意图
稀土永磁电动机
速度和
位置反 馈
风机冷却系统
变频控制柜
典型 交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
在螺杆泵上推广使用直驱永磁同 步电机，省去了中间传动机构， 电机直接驱动，可无级调速，软 启动，符合螺杆泵负载特性、无 需功率储备。系统效率大大提高
常规大功率永磁同步电机的应用-变频泵
从恒压注水和节能两个方面考虑，在油 田注水系统中使用大功率高速永磁同步 电机，通过泵出口压力作为反馈信号输 入变频器控制板上与原设定值进行比较、 运算从而改变电机频率，调节电机转速 方便地改变水的流量，保证水压恒定， 降低电能损耗。
典型交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
一台注塑机永磁同步伺服电机在运行时的功率曲线
3000rpm永磁同步效率曲线示 例
两台注塑机的测试时间均为一个小时，注塑 循环周期为19.0s，其中冷却时间为3s，托模 进退停顿时间为2秒。通过电度表实际测得 HTF86X1/J2（永磁同步）耗电量为2.12度， HTF80/J1（感应电机）耗电量为2.75度。计 算可得，永磁同步比感应电机每小时省电 0.63度，大约能节省22.9％的电能。 而这台电机的功率大概不到2千瓦，大功率的 节电效果更明显。据统计表明，注塑机里有 些节能达到40-60%
适应场合：适合于 调速场合。当客户 对于性能（效率、 噪声等）或体积、 可靠性要求非常之 高，而减速比小于1： 3时，直驱电机是客 户的首选。
产品介绍 --------- 异步起动永磁同步电机
异步起动永磁同步电机，转子上有鼠笼设计，能够直接接工 频电网启动，不需要变频器，大大降低了成本，而各项性能 和传统异步电机相比有明显提高。
PMSM与交流感应电机的替代及比较
抽油机用永磁同步电动机与感应电动机的替代关系
永磁同步电机的功率/kW
11
15
18.5 22
30
37
45
感应电动机的功率/kW
18.5 22
30
37
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永磁电动机与感应电动机的参数比较
效率 %
功率因数 起动转矩 启动电流
N·m
A
22kW, 6极永磁同步电机
93.5
1.直接驱动，去掉减速环 节，可靠性高。 2.旋转电机设计，电机除 需定期补充润滑脂外，无 需其他维护。 3.系统效率高，节能显著。 4.良好的系统可调节性。
异步起动永磁同步电机的应用-磕头机改造项目
以节能为目的直接替换原有感应电机，用户无需做任何修改， 无需变频器，替换成本低
低速大扭矩永磁同步电机的应用-直驱螺杆泵
优点： 该电机既充分发挥了永磁同步电 机的优点，又一定程度上克服了永磁同步 电机成本高的缺点。 适用场合： 适用于不需要调速的场合，开环运行。所 有Y系列不带变频器的常规电机适用的地 方，都适合于自启动永磁同步电机。
产品介绍--------常规大功率永磁同步电机
常规永磁同步伺服电机，在Y系列的机座号上设计，可以直 接替代用户原有使用的异步电机系列，降低用户的替代成本。