城轨车辆用牵引电机分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
.
.
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。
：转子两相坐标系
：转子磁链矢量 f
：转子角位置 r
：电机转矩角
假设： 1)忽略电动机铁心的饱和； 2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 3)转子无阻尼绕组。
永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学模型可以表达如
.
.
下： 定子电压：
us
Rsis
d s
dt
定子磁链： s Lsis f e jr
PM S M 在城轨车辆牵引系统的应用主要表现为 : 一是取消齿轮箱, 实现城轨车辆的直接传动;另一方面实现了将牵引电机做成全封闭电 机。
1.P MS M 作为直接传动电机
使用齿轮传动装置会带来传递损耗、噪声和维修等问题 。如采 用异步电机作为直接传动电机 ,牵引电机的体积会加大 ,从而导致 簧下重量增加 ,对轨道冲击加大, 对牵引电机的冲击也随之增大 。 因此,在重量和尺寸受到严格限制的车体地板下采用异步电机作为直 接传动电机很困难。P M S M 与过去的直流电机和异步电机相比,具 有极对数多,转矩密度高的特点,因此其体积和重量可大幅减小 ,而
电磁转矩：
Te
3 2
np
s
is
永磁同步电动机在
坐标系中的数学模型可
以表达如下：
定子电流： is is jis
定子磁链： s s j s
电磁转矩：
Te
3 2
np
sis
s is
.
.
永磁同步电动机在转子旋转坐标系 d-q 中的数学模
型可以表达如下：
定子电压：
ud
Rsid
d d
dt
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： a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能；
.
.
五．永磁同步电机在轨道交通方面的应用及特点
城轨车辆牵引系统直接决定着车辆运行性能,关系到车的安全 性、运行质量及对能源的消耗。与一般交通工具相比, 城轨车辆具有 客运量大 、 站间距离短、行车密度大等特点。早期城轨车辆常采用 直流电机来实现牵引系统。随着电力电子技术的进步 , V V V F 逆 变器控制的异步电机牵引系统得到了广泛应用, 替代了直流电机牵 引系统 。 与直流电机相比,异步电机没有换向器,维修减少,同时可 做到小型轻量化。近年来随着永磁材料成本的降低和性能的提高 , 永磁同步电机( P M S M ) 凭借其高效率和高功率密度的特点 , 引 起了轨道车辆牵引系统开发者的密切关注日本已经将 P M S M 应用于 低地板电动车、独立车轮式电动车和可变轨距电动车,德国和法国也 在高速动车组和低地板电动车上采用了永磁同步牵引电机。
6、起动力矩大、噪音小、温升低 ：
a、永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态，低频时的 输出力矩较异步电机大，运行时的噪音小；
b、转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升 低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高 30%左右；同功率容量的 永磁电机体积、重量、所用材料可减少 30%。
.
.
以永磁同步电机的这种结构被比较多的应用于在传动系统中，但是其 缺点也是很突出的，例如制作成本和漏磁系数与面贴式的相比较都要 大的多。嵌入式的永磁同步电机中的永磁体是被安置在转子的部，相 比较而言其结构虽然比较复杂，但却有几个很明显的优点是毋庸置疑 的，因为有以高气隙的磁通密度，所很明显的它跟面贴式的电机相比 较就会产生很大的转矩；因为在转子永磁体的安装方式是选择嵌入式 的，所以永磁体在被去磁后所带来的一系列的危险的可能性就会很 小，因此电机能够在更高的旋转速度下运行但是并不需要考虑转子中 永磁体是否会因为离心力过大而被破坏。
.
.
为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通过对同步 电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进行线性变换，实现电机数 学模型的解耦 。
q
C
us
isq
qc
is
dc s
is
d
is
isd
r
f
0
A
C
us ：定子电压
A、B、C ：定子三相静止坐标系
is
：定子电流
、 ：定子两相静止坐标系
d、q s ：定子磁链矢量
.
.
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。
永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。 一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应 电机的结构非常的相似，主要是区别是转子的独特的结构与其它电机 形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，
.
.
在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置 有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：嵌式、面贴式 以及插入式，如图 1.1 所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的， 影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。 就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
为了体现永磁同步电机的优越性能，与传统异步电机来进行比 较，永磁同步电机特别是最常用的稀土式的永磁同步电机具有结构简 单，运行可靠性很高；体积非常的小，质量特别的轻；损耗也相对较 少，效率也比较高；电机的形状以及大小可以灵活多样的变化等比较 明显的优点。正是因为其拥有这么多的优势所以其应用围非常的广 泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业的生产和日常生活等的各个领 域。永磁同步电动机与感应电动机相比，可以考虑不输入无功励磁电 流，因此可以非常明显的提高其功率因数，进而减少了定子上的电流 以及定子上电阻的损耗，而且在稳定运行的时候没有转子电阻上的损 耗，进而可以因总损耗的降低而减小风扇（小容量的电机甚至可以不 用风扇）以及相应的风磨损耗，从而与同规格的感应电动机相比较其 效率可以提高 2-8 个百分点。 三．永磁同步电机的数学特性
.
城轨车辆用牵引电机分析
学院：电气工程学院 班级：磁浮 01 学号：20121485 ：孟振强
.
.
城轨车辆牵引—永磁同步电机
一．永磁同步电机的原理 在电动机的定子绕组入三相电流，在通入电流后就会在电动机的
定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁 极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的 旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产 生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成 是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段 中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其 在异步转矩、永磁发电制动转矩起的磁阻转矩和单轴转子磁路不对称, 等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡 着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性,电动机就是以这 个转矩来得以加速的 , 其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动 机的转速由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩 的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，进而出现转速 的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用 下被牵入同步状态。 二．永磁同步电机的结构
.
.
且更易实现多级低速大扭矩运动, 从而能在现有尺寸和重量条件下 实现直接传动。各发达国家均在积极开展 P M S M 的直接传动系统 研究。德国铁路公司对分别采用异步电机和 P M S M 的 I C E 3 原 型车进行了详细的试验对比 ,结果见表 1。从表 1 可看出采用 P M S M 直接驱动不仅减轻了系统重量,而且提高了效率 。
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。 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。
表1 I C E3 异步电动机与 P MS M 主要参数对比
主要参数
异步电动机
额定功率/kW 传动比
起动牵引力 /(kN· m) 牵引电动机重量 /kg 牵引电动机最大效率 /(%) 传动齿轮效率 /(%)
总效率 /(%)
Baidu Nhomakorabea
500
1:2.79
3.2 750 94.5 97 91.5
PMSM 500
9.0 400 96.5
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。
面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是 其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯 性比较小以及结构很简单等。并且这种类型的永磁同步电机更加容易 被设计师来进行对其的优化设计，其中最主要的方法是设计成近似正 弦的分布把气隙磁链的分布结构，将其分布结构改成正弦分布后能够 带来很多的优势，例如它所带来的负面效应，能减小磁场的谐波以及 应用以上的方法能够很好的改善电机的运行性能。插入式结构的电机 之所以能够跟面贴式的电机相比较有很大的改善是因为它充分的利 用了它设计出的磁链的结构有着不对称性所生成的独特的磁阻转矩 能大大的提高了电机的功率密度，并且在也能很方便的制造出来，所
r q
定子磁链：
uq
Rsiq
d q
dt
r d
d Ldid f
q Lqiq
电磁转矩：
Te
3 2
pn
f iq
(Ld
Lq )id iq
四．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）；
5、体积小，功率密度大：
永磁同步变频调速电机体积小，功率密度大的优势，集中体现在 驱动低速大扭矩的负载时，一个是电机的极数的增多，电机体积可以 缩小。还有就是：电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小， 则在采用相同绝缘等级的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机 结构的灵活性，可以省去电机许多无效部分，如绕组端部，转子端环 等，相应体积可以更小。
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 工况时烧损电机，用户也会进一步给电机的功率留裕量；另一方面，
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。
.
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。
：转子两相坐标系
：转子磁链矢量 f
：转子角位置 r
：电机转矩角
假设： 1)忽略电动机铁心的饱和； 2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 3)转子无阻尼绕组。
永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学模型可以表达如
.
.
下： 定子电压：
us
Rsis
d s
dt
定子磁链： s Lsis f e jr
PM S M 在城轨车辆牵引系统的应用主要表现为 : 一是取消齿轮箱, 实现城轨车辆的直接传动;另一方面实现了将牵引电机做成全封闭电 机。
1.P MS M 作为直接传动电机
使用齿轮传动装置会带来传递损耗、噪声和维修等问题 。如采 用异步电机作为直接传动电机 ,牵引电机的体积会加大 ,从而导致 簧下重量增加 ,对轨道冲击加大, 对牵引电机的冲击也随之增大 。 因此,在重量和尺寸受到严格限制的车体地板下采用异步电机作为直 接传动电机很困难。P M S M 与过去的直流电机和异步电机相比,具 有极对数多,转矩密度高的特点,因此其体积和重量可大幅减小 ,而
电磁转矩：
Te
3 2
np
s
is
永磁同步电动机在
坐标系中的数学模型可
以表达如下：
定子电流： is is jis
定子磁链： s s j s
电磁转矩：
Te
3 2
np
sis
s is
.
.
永磁同步电动机在转子旋转坐标系 d-q 中的数学模
型可以表达如下：
定子电压：
ud
Rsid
d d
dt
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： a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能；
.
.
五．永磁同步电机在轨道交通方面的应用及特点
城轨车辆牵引系统直接决定着车辆运行性能,关系到车的安全 性、运行质量及对能源的消耗。与一般交通工具相比, 城轨车辆具有 客运量大 、 站间距离短、行车密度大等特点。早期城轨车辆常采用 直流电机来实现牵引系统。随着电力电子技术的进步 , V V V F 逆 变器控制的异步电机牵引系统得到了广泛应用, 替代了直流电机牵 引系统 。 与直流电机相比,异步电机没有换向器,维修减少,同时可 做到小型轻量化。近年来随着永磁材料成本的降低和性能的提高 , 永磁同步电机( P M S M ) 凭借其高效率和高功率密度的特点 , 引 起了轨道车辆牵引系统开发者的密切关注日本已经将 P M S M 应用于 低地板电动车、独立车轮式电动车和可变轨距电动车,德国和法国也 在高速动车组和低地板电动车上采用了永磁同步牵引电机。
6、起动力矩大、噪音小、温升低 ：
a、永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态，低频时的 输出力矩较异步电机大，运行时的噪音小；
b、转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升 低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高 30%左右；同功率容量的 永磁电机体积、重量、所用材料可减少 30%。
.
.
以永磁同步电机的这种结构被比较多的应用于在传动系统中，但是其 缺点也是很突出的，例如制作成本和漏磁系数与面贴式的相比较都要 大的多。嵌入式的永磁同步电机中的永磁体是被安置在转子的部，相 比较而言其结构虽然比较复杂，但却有几个很明显的优点是毋庸置疑 的，因为有以高气隙的磁通密度，所很明显的它跟面贴式的电机相比 较就会产生很大的转矩；因为在转子永磁体的安装方式是选择嵌入式 的，所以永磁体在被去磁后所带来的一系列的危险的可能性就会很 小，因此电机能够在更高的旋转速度下运行但是并不需要考虑转子中 永磁体是否会因为离心力过大而被破坏。
.
.
为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通过对同步 电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进行线性变换，实现电机数 学模型的解耦 。
q
C
us
isq
qc
is
dc s
is
d
is
isd
r
f
0
A
C
us ：定子电压
A、B、C ：定子三相静止坐标系
is
：定子电流
、 ：定子两相静止坐标系
d、q s ：定子磁链矢量
.
.
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。
永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。 一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应 电机的结构非常的相似，主要是区别是转子的独特的结构与其它电机 形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，
.
.
在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置 有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：嵌式、面贴式 以及插入式，如图 1.1 所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的， 影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。 就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
为了体现永磁同步电机的优越性能，与传统异步电机来进行比 较，永磁同步电机特别是最常用的稀土式的永磁同步电机具有结构简 单，运行可靠性很高；体积非常的小，质量特别的轻；损耗也相对较 少，效率也比较高；电机的形状以及大小可以灵活多样的变化等比较 明显的优点。正是因为其拥有这么多的优势所以其应用围非常的广 泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业的生产和日常生活等的各个领 域。永磁同步电动机与感应电动机相比，可以考虑不输入无功励磁电 流，因此可以非常明显的提高其功率因数，进而减少了定子上的电流 以及定子上电阻的损耗，而且在稳定运行的时候没有转子电阻上的损 耗，进而可以因总损耗的降低而减小风扇（小容量的电机甚至可以不 用风扇）以及相应的风磨损耗，从而与同规格的感应电动机相比较其 效率可以提高 2-8 个百分点。 三．永磁同步电机的数学特性
.
城轨车辆用牵引电机分析
学院：电气工程学院 班级：磁浮 01 学号：20121485 ：孟振强
.
.
城轨车辆牵引—永磁同步电机
一．永磁同步电机的原理 在电动机的定子绕组入三相电流，在通入电流后就会在电动机的
定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁 极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的 旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产 生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成 是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段 中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其 在异步转矩、永磁发电制动转矩起的磁阻转矩和单轴转子磁路不对称, 等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡 着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性,电动机就是以这 个转矩来得以加速的 , 其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动 机的转速由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩 的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，进而出现转速 的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用 下被牵入同步状态。 二．永磁同步电机的结构
.
.
且更易实现多级低速大扭矩运动, 从而能在现有尺寸和重量条件下 实现直接传动。各发达国家均在积极开展 P M S M 的直接传动系统 研究。德国铁路公司对分别采用异步电机和 P M S M 的 I C E 3 原 型车进行了详细的试验对比 ,结果见表 1。从表 1 可看出采用 P M S M 直接驱动不仅减轻了系统重量,而且提高了效率 。
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。 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。
表1 I C E3 异步电动机与 P MS M 主要参数对比
主要参数
异步电动机
额定功率/kW 传动比
起动牵引力 /(kN· m) 牵引电动机重量 /kg 牵引电动机最大效率 /(%) 传动齿轮效率 /(%)
总效率 /(%)
Baidu Nhomakorabea
500
1:2.79
3.2 750 94.5 97 91.5
PMSM 500
9.0 400 96.5
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。
面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是 其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯 性比较小以及结构很简单等。并且这种类型的永磁同步电机更加容易 被设计师来进行对其的优化设计，其中最主要的方法是设计成近似正 弦的分布把气隙磁链的分布结构，将其分布结构改成正弦分布后能够 带来很多的优势，例如它所带来的负面效应，能减小磁场的谐波以及 应用以上的方法能够很好的改善电机的运行性能。插入式结构的电机 之所以能够跟面贴式的电机相比较有很大的改善是因为它充分的利 用了它设计出的磁链的结构有着不对称性所生成的独特的磁阻转矩 能大大的提高了电机的功率密度，并且在也能很方便的制造出来，所
r q
定子磁链：
uq
Rsiq
d q
dt
r d
d Ldid f
q Lqiq
电磁转矩：
Te
3 2
pn
f iq
(Ld
Lq )id iq
四．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）；
5、体积小，功率密度大：
永磁同步变频调速电机体积小，功率密度大的优势，集中体现在 驱动低速大扭矩的负载时，一个是电机的极数的增多，电机体积可以 缩小。还有就是：电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小， 则在采用相同绝缘等级的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机 结构的灵活性，可以省去电机许多无效部分，如绕组端部，转子端环 等，相应体积可以更小。
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 工况时烧损电机，用户也会进一步给电机的功率留裕量；另一方面，
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。