永磁同步电机原理及其应用

1、发展永磁同步电机介绍 一、发展永磁同步电机意义； 二、永磁同步电机基本原理、 三、永磁同步电机相比异步电机的优势； 四、永磁同步电机应用案例； 五、永磁同步电机应用前景； 发展永磁同步电机的意义 l我国电动机保有量大，消耗电能大，设备老化，效率较低。 l永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率因数高、起动 力矩大、力能指标好、温升低等特点。 永磁同步电机基本原理永磁同步电机基本原理 l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。 l为在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可有两种方法：一 种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，如普通的直流电机，同步电机和异 步电机等；

2、另一种是由永磁体来产生磁场，即永磁同步电机。 l从基本原理来讲：永磁同步电机与传统电励磁同步电机是一样的，其唯一 区别为传统的电励磁同步电机是通过在励磁绕组中通入电流来产生磁场的， 而永磁同步电机是通过永磁体来建立磁场的，并由此引起两者分析方法存在 差异。 永磁同步电机相比交流异步电机优势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）； 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

3、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，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。 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁

4、同步电机相比交流异步电机优势 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。 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势 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

5、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： 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势 a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能； 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

6、以做得更小，电机的直接材料成本更低。 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势 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。 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

7、系统设计的 灵活性。 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势 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内部，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。 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势 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

8、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 内许多无效部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。 永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势 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

9、减少30%。 永磁同步变频调速电机应用前景永磁同步变频调速电机应用前景 基于永磁同步电机上述众多优势，特别在目前国家节能减排的大背景下， 其 应用前景极为广阔。随着永磁体及永磁同步电机控制技术的日益成熟可靠， 其应用范围基本上可以覆盖目前应用电机所有领域： 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 电动汽车 伴随汽车工业的急速发展，环保问题也越来越严重，为了解决上述问题，并 且大幅改善燃油经济型，毫无疑问就是使用电动汽车。永磁同步电机以其高 效率、高功率因数和高功率密度等优点，正逐渐成为电动汽车驱动系统的主 流电机之一。 轨道交通领域 2007年，阿尔斯通公司研发的新一代永磁牵

10、引电机系统的高速AGV列 车V150，创下列车速度世界新纪录574.8km/h。 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 电梯领域 永磁同步电机产生较小的谐波噪声，应用于电梯系统中，可以带来更佳的舒 适感； 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 医疗机械领域 传统高速旋转的整流子电机不仅故障率高，且寿命短、噪声大、无法做消毒 处理。用电子换向无刷直流永磁电机可以极大的提高工作可靠性，降低噪 声，延长寿命，是开发新一代医疗器械的关键。 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 家电行业领域 由于永磁电机在低运转时效率极高，可以有效的降低频繁启

11、动的损耗，是实 现家电节能的较佳技术途径之一。 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 船舶电力推进领域 推进电机是船舶综合电力系统的重要组成部分、永磁同步推进电机具有体积 小、重量轻、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维护性好 等优点，是船舶推进电机的理想选择。 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 挤出机领域 螺杆驱动电机是挤出机动力系统的重要组成部分、永磁同步电机具有体积 小、重量轻、效率高、噪声低、可靠性高、可维护性好等优点，是挤出机 驱动电机的理想选择。 永磁同步变频调速电机永磁同步变频调速电机应用案例应用案例 永磁同步电机的发展趋势永磁同步电机的发展趋