永磁同步电动机教材

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1、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。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

2、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。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

3、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，

4、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。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

5、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

6、－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2）插入式1－永磁体2－转子铁心3－转轴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

7、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）。（3）异步电机