小功率永磁同步电动机与单相异步电动机的比较

1、小功率永磁同步电动机与单相异步电动机的比较方案绩效分析，并提出了相关提高永磁同步电机效率的设计，现报告如下。一、永磁同步电动机的结构设计单相异步电动机、小功率永磁同步电动机这二种电动机的定子部份的相关设计类似，它们的主要区别在于转子方面的设计。其中永磁同步电动机设计主要是确定电机的尺寸、磁路等方面的结构，并选择相关的永磁体的尺寸,从而设计定子、转子、绕组数据,随后通过应用性能校核程序，并对初始方案进行有效的核算，并调整电动机某些设计参数，直到符合电磁设计方案的相关指标。一般采用的电磁设计方法：一是等效磁路法，二是电磁场数值解法；本文主要结合相关研究提出高效永磁同步电动机的工程设计方法。例子：在

2、单相电容运转异步电动机YYD-8042的基础上，设计出了永磁同步电动机TYC-71L,该设计减少一个机座号，定子冲片结构相似，定子嵌线工艺与三相电机相同，主要是转子结构不同。单相异步电动机的鼠笼转子需要铸铝，如图10永磁同步电动机转子不用铸铝，转子可设计成四极、六极或八极，把转子磁钢直接嵌在转子铁芯的外表面，为了给转子磁钢的设计腾出足够的空间，确保有足够的磁钢激磁表面积从而提高磁钢的利用率，同时左右用铜板把其固定，整个转子基本上是一个实心，转子与转轴使用的冷压工艺进行配合，加工简单,结构牢固，如图2所示。采用外配变频器，由变频器对电机实行控制使转子软，转速能实行精准的无级调速。一对极距内定、转

3、子横截面如图3所示。二、异步电机和永磁电机的性能比较异步电机永磁同步电机相比，永磁同步电机具有明显的优点：体积小、功率因数高、温升低、节电效果显著、重量轻以及力能指标好，且可以有效的提高电网的品质因数，并能解决用电设备中"大马拉小车”的现象。(-)效率与功率因数比较异步电机在运行时，转子需要从电网吸收部分电能励磁,从而消耗了电网的部分电能，而这部分电能最后以电流的形式在转子中进行发热并消耗掉，该损耗的大约是总电机总损耗的21%35%左右，最后导致电机的效率下降。而将转子励磁电流折算到定子绕阻后就可以呈现感性电流，使其进入到定子绕阻中的电流落后以及电网电压一个角度，使得电机的功率因数下

4、降。同时，从永磁同步电机、异步电机等功率与功率因数曲线上可以看出，异步电动机在负载率小于50%时，运行效率、运行功率等因数就会出现大幅度的降低，所以在经济运行区内一般负载率保持在70%100%左右。永磁同步电机主要通过转子上永磁体设立转子磁场，在正常工作时使得转子和定子磁场进行同步运转，因此转子没有感应电流，就不存在转子电阻损耗，这样就可以提高电机效率6%10%。再者，由于永磁电机转子中没有感应的电流励磁，定子绕组就会呈纯阻性负载，使得电机功率因数为1。(-)启动转矩在单相异步电机启动时，其原理都是定子绕组中通过励磁电流产生气隙磁场，进而在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，形成感应磁场，从而

5、产生电磁转矩使转子旋转，起动转矩小。小功率永磁同步电动机起动采用配套的变频器对电机提供电压及频率由小至大不断增大实行软起动过程，起动转矩大、平稳。(三)工作时的升温比较在异步电机工作时，转子绕组有电流流动，其中电流主要通过热能的方式进行消耗，因此,在转子绕组中产生的大量热量，就会导致电机的温升明显上升，最终影响电机的寿命。而永磁电机工作时，效率匕塔交高，子绕组中也不存在电阻损耗的情况，定子绕组中几乎没有无功电流，这就使得电机温升低，延长了电机的使用寿命。（四）电网运行的影响由于异步电机的功率因数匕喉低，电机需要从电网中吸收大量的无功电流，使得电网设备、输变电设备、发电设备等尚且存在着大量的无功

6、电流，导致电网的品质因数明显降低，最后加重电网设备、输变电设备等的负荷。同时，无功电流在输变电设备、电网设备、发电设备中都需要消耗掉一部分的电能，导致电力电网的效率逐渐下降，从而影响了电能的有效价值。由于异步电机的效率下降，又要满足输出功率的需求，就要从电网中多吸收电能，弥补电网能量的损失,从而加重了电网负荷。而永磁电机转子中没有感应的电流励磁，电机的功率因数比较高，这就提高了电网的品质因数，使得电网不需要安装补偿器，并且还能节约电能。三、实例对比及效益分析用输出l.lkW2极的电机分析：YYD-8042220V50HzPout=l.lkW2850r/min单相电容运转异步电动机正常运转时效率

7、75%,即输入功率Pin=l.l/0.75=1.47kW按电机配套的产品每年运行4500h,每度电的价格为0.90元计算,可以得出结果：每年耗电功率为：1.47x4500=6615kW，年度耗电费用为：6615x0.9=5954元。改用TYC-71L220V50HzPout=l.lkW2850r/min永磁同步电动机后，运转时功率因数0.99,效率86%（此效率大于GB18613-2012中小型电动机能效等级2级，接近1级），即输入功率Pin=l.l/0.86=1.28kW,相同的时间及用电单价，则每年耗电功率为：1.28x4500=5760kW，年度耗电费用为：5760、0.9=5174元。

8、实际较少的耗电费用为780元。由此可见，永磁同步电动机较单相异步电动机发挥的节能作用极其重大。需然永磁同步电动机较单相异步电动成本高，按l.lkW2极对比，多约500元，但不足一年时间即可平衡成本。中国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电动机，其中小型异步电动机约占70%以上。如果其中四分一异步电动机改用永磁同步电动机，则节能减排效果非常显著。结语伴随着永磁材料性能的不断提高和完善，价格的逐步下降，加上永磁电机研究开发经验的日趋成熟，永磁电机应用前景非常的乐观。在国家大力提倡节能减排的环境下,开发改进更多的小功率永磁同步电机代替原单相异步电动机，会大幅节省电机成本，提高性价比，促进电机学科和行业进一步发展。参考文献1马淑梅，柯于林，李爰平，刘雪梅.基于ANSYS的高效永磁同步电机主轴静动态特性有限元分析J.机械设计,2013(02):82-8