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目前我國電動機(jī)保有量大、消耗電能大、設(shè)備老化且效率較低，已完全進(jìn)入了更新?lián)Q代的時期，而永磁同步電動機(jī)(PMSM)具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標(biāo)好、溫升低等特點(diǎn)。 ＊ 電機(jī)是以磁場為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 ＊ 在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場，可有兩種方法：一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通入電流來產(chǎn)生磁場，如普通的直流電機(jī)、同步電機(jī)和異步電機(jī)等；另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場，即永磁同步電機(jī)。 ＊ 從基本原理來講：永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)電勵磁同步電機(jī)是一樣的，其唯一區(qū)別在于，傳統(tǒng)的電勵磁同步電機(jī)是通過在勵磁繞組中通入電流來產(chǎn)生磁場的，而永磁同步電機(jī)是通過永磁體來建立磁場的。由此，引起了兩者分析方法上的差異。 永磁同步電機(jī)的優(yōu)勢 1、效率高、更加省電 a、由于永磁同步電機(jī)的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免了通過勵磁電流來產(chǎn)生磁場導(dǎo)致的勵磁損耗（銅耗）； b、永磁同步電機(jī)的外特性效率曲線相比異步電機(jī)來說，它在輕載時效率值要高很多，所以這是永磁同步電機(jī)在節(jié)能方面，相比異步電機(jī)最大的一個優(yōu)勢。通常電機(jī)在驅(qū)動負(fù)載時，很少情況是在滿功率運(yùn)行，這是因?yàn)椋阂环矫嬗脩粼陔姍C(jī)選型時，一般是依據(jù)負(fù)載的極限工況來確定電機(jī)功率，而極限工況出現(xiàn)的機(jī)會是很少的，同時，為防止在異常工況時燒損電機(jī)，用戶也會進(jìn)一步給電機(jī)的功率留裕量；另一方面，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)電機(jī)時，為保證電機(jī)的可靠性，通常會在用戶要求的功率基礎(chǔ)上，進(jìn)一步留一定的功率裕量，這樣導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行的電機(jī)90%以上是工作在額定功率的70%以下，特別是在驅(qū)動風(fēng)機(jī)或泵類負(fù)載，這樣就導(dǎo)致電機(jī)通常工作在輕載區(qū)。對異步電機(jī)來講，其在輕載時效率很低，而永磁同步電機(jī)在輕載區(qū)仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機(jī)20%以上。 c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高，這樣相比異步電機(jī)而言其電機(jī)電流更小，相應(yīng)地電機(jī)的定子銅耗更小，效率也更高。 d、系統(tǒng)效率高：永磁電機(jī)參數(shù)，特別是功率參數(shù)，不受電機(jī)極數(shù)的影響。因此便于設(shè)計(jì)成多極電機(jī)（如可以100極以上），這樣可以把傳統(tǒng)需要通過減速箱來驅(qū)動負(fù)載的電機(jī)，直接做成用永磁同步電機(jī)驅(qū)動的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動效率。 2、功率因數(shù)高 永磁同步電機(jī)在設(shè)計(jì)時，其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，甚至可以設(shè)計(jì)成功率因數(shù)等于1，且與電機(jī)極數(shù)無關(guān)。而異步電機(jī)隨著極數(shù)的增加，由于異步電機(jī)本身的勵磁特點(diǎn)，必然導(dǎo)致功率因數(shù)越來越低。如極數(shù)為8極電機(jī)，其功率因數(shù)通常為0.85左右，極數(shù)越多，相應(yīng)功率因數(shù)越低，即便是功率因數(shù)最高的2極電機(jī)，其功率因數(shù)也難以達(dá)到0.95。而電機(jī)的功率因數(shù)高有以下幾個好處： a、功率因數(shù)高，電機(jī)電流小、電機(jī)定子銅耗低，則更節(jié)能； b、功率因數(shù)高，電機(jī)配套的電源如逆變器、變壓器等，其容量可以更低，同時其他輔助配套設(shè)施如開關(guān)、電纜等規(guī)格可以更小，相應(yīng)系統(tǒng)成本便更低。 c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高低不受電機(jī)極數(shù)的限制，在電機(jī)配套系統(tǒng)允許的情況下，可以將電機(jī)的極數(shù)設(shè)計(jì)的更高，相應(yīng)電機(jī)的體積可以做得更小，電機(jī)的直接材料成本也更低。 3、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單靈活 a、由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子上需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或轉(zhuǎn)子繞組，大大限制了異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性。而永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為靈活，如對鐵路牽引電機(jī)，可以將電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鋼直接安裝在機(jī)車輪的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)大為簡化；又如永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，電機(jī)做成外轉(zhuǎn)子直驅(qū)結(jié)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與葉輪做成一個整體，隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，而定子卻固定在支撐塔上。 b、由于永磁同步電機(jī)參數(shù)不受電機(jī)極數(shù)的限制，便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動負(fù)載，省去噪音大、故障率高的減速箱，增加了機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。 4、可靠性高 從電機(jī)本體來對比，永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的可靠性相當(dāng)，但由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，其可以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動負(fù)載，省去可靠性不高的減速箱。在某些負(fù)載條件下甚至可以將電機(jī)設(shè)計(jì)在其驅(qū)動裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置、石油鉆機(jī)的絞車驅(qū)動裝置，從而省去了傳統(tǒng)電機(jī)的故障率。 5、體積小，功率密度大 永磁同步電機(jī)體積小、功率密度大的優(yōu)勢，集中體現(xiàn)在驅(qū)動低速大扭矩的負(fù)載時。一個是電機(jī)的極數(shù)的增多，電機(jī)體積可以縮小；另一個就是隨著電機(jī)效率的增高，電機(jī)的損耗降低，溫升也跟著減小，則在采用相同絕緣等級的情況下，電機(jī)的體積可以設(shè)計(jì)的更小；還有就是電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，可以省去電機(jī)內(nèi)部許多無效部分，如繞組端部、轉(zhuǎn)子端環(huán)等，相應(yīng)的體積可以更小。 6、起動力矩大、噪音小、溫升低 a、永磁同步電機(jī)在低頻的時候仍能保持良好的工作狀態(tài)，低頻時的輸出力矩比異步電機(jī)大，運(yùn)行時的噪音也小； b、永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子無電阻損耗，定子繞組幾乎不存在無功電流，因而電機(jī)溫升低。同體積、同重量的永磁電機(jī)功率可提高30%左右，同功率容量的永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可減少30%。 永磁同步電機(jī)應(yīng)用案例 1、電動汽車 伴隨汽車工業(yè)的急速發(fā)展，環(huán)保問題也越來越嚴(yán)重。為了解決上述問題，并且大幅改善燃油經(jīng)濟(jì)型，毫無疑問就是使用電動汽車。永磁同步電機(jī)以其高效率、高功率因數(shù)和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流電機(jī)之一。 2、軌道交通領(lǐng)域 2007年，阿爾斯通公司研發(fā)的新一代永磁牽引電機(jī)系統(tǒng)的高速AGV列車—V150，創(chuàng)下列車速度世界新紀(jì)錄574.8km/h。 3、電梯領(lǐng)域 永磁同步電機(jī)產(chǎn)生較小的諧波噪聲，應(yīng)用于電梯系統(tǒng)中，可以帶來更佳的舒適感。 4、醫(yī)療機(jī)械領(lǐng)域 傳統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)的整流子電機(jī)不僅故障率高，且壽命短、噪聲大、無法做消毒處理。用電子換向無刷直流永磁電機(jī)可以極大的提高工作可靠性、降低噪聲、延長壽命，是開發(fā)新一代醫(yī)療器械的關(guān)鍵。 5、家電行業(yè)領(lǐng)域 由于永磁電機(jī)在低運(yùn)轉(zhuǎn)時效率極高，可以有效的降低頻繁啟動的損耗，是實(shí)現(xiàn)家電節(jié)能的較佳技術(shù)途徑之一。 6、船舶電力推進(jìn)領(lǐng)域 推進(jìn)電機(jī)是船舶綜合電力系統(tǒng)的重要組成部分，永磁同步推進(jìn)電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、易于實(shí)現(xiàn)集中遙控、可靠性高、可維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是船舶推進(jìn)電機(jī)的理想選擇。 7、擠出機(jī)領(lǐng)域 螺桿驅(qū)動電機(jī)是擠出機(jī)動力系統(tǒng)的重要組成部分，永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、可靠性高、可維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是擠出機(jī)驅(qū)動電機(jī)的理想選擇。 永磁同步電機(jī)是眾多高新技術(shù)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，它與電力電子技術(shù)和微電子控制技術(shù)相結(jié)合，可以制造出許多新型的、性能優(yōu)異的機(jī)電一體化產(chǎn)品和裝備，代表了21世紀(jì)電機(jī)發(fā)展的方向。 來源：電機(jī)與電氣 |
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