永磁同步電機的優(yōu)點

   日期：2022-01-27

永磁同步 電機 的運行 原理與 電勵磁 同步電機相同 ，但它以永磁體提供的磁通代替后者的勵磁繞組勵磁，使電機結(jié)構(gòu)更為簡單。近年來，永磁材料性能 的改善 以及 電力 電子技 術(shù) 的進步 ，推動了新原理 、新 結(jié)構(gòu)永磁同步 電機 的開發(fā) ，有力地促進了電機產(chǎn) 品技術(shù) 、品種及功 能的發(fā)展 ，某些永磁同步電機已形成系列化產(chǎn)品，其容量從小到大，目前 已達到兆瓦級，應(yīng)用范圍越來越廣 。

永磁同步電機采用永磁體勵磁，具有電勵磁電機無可比擬的優(yōu)點。

1)效率高：在轉(zhuǎn)子上嵌入永磁材料后，在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運行，轉(zhuǎn)子繞組無感生電流，不存在轉(zhuǎn)子電阻和磁滯損耗，提高了電機效率。2)功率因數(shù)高：永磁同步電機轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流勵磁，定子繞組呈現(xiàn)阻性負(fù)載，電機的功率因數(shù)近于 1，減小了定子電流，提高了電機的效率。同時功率因數(shù)的提高，提高了電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)，減小了輸變電線路的損耗，輸變電容量也可降低，節(jié)省 了電網(wǎng)投資。3)起動轉(zhuǎn)矩大：在需要大起動轉(zhuǎn)矩的設(shè)備(如油田抽油電機 )中，可以用較小容量 的永磁 電機替代較大容量的Y 系列電機。如果 37 kw 永磁同步電機代替45kW ～55 kW 的 Y 系列電機，較好地解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，節(jié)省了設(shè)備投入費用，提高了系統(tǒng) 的運行效能。4)力能指 標(biāo)好 ：Y 系列 電機在 60％的負(fù)荷下工作時，效率下降 15％，功率因數(shù)下降 30％，力能指標(biāo)下降40％；而永磁同步電機的效率和功率因數(shù)下降甚微，當(dāng)電機只有 20％負(fù)荷時，其力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的 80％以上。5)溫升低：轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗，定子繞組中幾乎不存在無功電流，因而電機溫升低。6 )體積小，重量輕 ，耗材少：同容量 的永磁同步電機體積、重量、所用材料可以減小 30％左右。7)可大氣隙化，便于構(gòu)成新型磁路。8 )電樞反應(yīng)小 ，抗過載能力強。

永磁同步 電機 的發(fā)展 和永 磁材料 的發(fā)展息息相關(guān) 。新型永磁材料 的出現(xiàn)促進 了永磁 同步電機的發(fā)展。二十世紀(jì)八 十年代釹鐵硼稀土永磁材料問世，由于釹資源豐富，以廉價的鐵取代昂貴的鈷 ，價格相對低廉 。釹鐵硼稀 土永磁材料磁性能好 ，極大地推動了永磁同步電機的開發(fā)。在開發(fā)高性能永磁 同步 電機過程 中，取得 上述成果的同時 ，也 得到 了一些 問題  ，有待 于更深入地研究和探索。
1)不可逆退磁問題。如果設(shè)計或使用不當(dāng)，永磁同步電機在過高(釹鐵硼永磁)或過低(鐵氧體永磁)溫度 時，在 沖擊 電流產(chǎn)生 的 電樞 反應(yīng)作 用下 ，或在劇烈的機械振動時有可 能產(chǎn) 生不可逆退磁，或叫失磁，使電機性能下降，甚至無法使用。因此，既要研究開發(fā)適用于電機制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)型式的抗去磁能力，以便設(shè)計和制造時，采用相應(yīng)措施保證永磁同步電機不失磁。

2)成本 問題 。鐵 氧體永 磁同步 電機 由于結(jié)構(gòu)工藝簡單、質(zhì)量減輕，總成本一般比電勵磁電機低 ，因而得到了廣泛應(yīng)用。 由于稀 土永磁 目前 的價格還比較貴 ，稀土永磁 電機的成本一般 比電勵磁 電機高 ，這需要用它 的高性 能和運行費用 的節(jié)省來補償。在設(shè)計時既需要根據(jù)具體使用場合和要求進行性能、價格的比較后取舍，又要進行結(jié)構(gòu)工藝的創(chuàng)新和設(shè)計優(yōu)化，以降低成本。

3 )控制 問題 。永磁 同步電機不需外界能量 即可維持其磁場，但這也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。但是隨著 M OSFET、IGBT 等電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)永磁同步電機在應(yīng)用 中，可 以不進行磁 場控制而只進行 電樞控制。設(shè)計時需把永磁 材料、電力 電子器件 和微機控制三項新技術(shù)結(jié)合起來，使永磁同步電機在嶄新的工況下運行。此外，以永磁同步電機作為執(zhí)行元件 的永磁交 流伺 服系統(tǒng) ，由于永磁同步電機本身是具有一定 非線性、強耦合性 和時變性 的系統(tǒng)，同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性 ，加之系統(tǒng)運行時易受到不 同程度 的干擾 ，因此采用先進控制 策略、先進 的控制 系統(tǒng)實現(xiàn)方式(如基于 DSP 控制)，從整體上提高系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化水平，這應(yīng)是當(dāng)前發(fā)展高性能永磁同步電機伺服系統(tǒng)的一個主要突破口。