永磁同步电动机功率因数及其设计原则

1、机电设计研究机电技术 年第期永磁同步电动机功率因数及其设计原则闽东电机 集团 股份有限公司 如建福州摘 要 分析永磁同步电动机'j片步电动机功率因数曲线的差别 以及空我反电势对功帑因数的影响 从而捉出获取 离功率因数时空载反电势值的设计原则。关健词同步电动机 永磁 功率因数 空找反电势中图分类号文献标识码 文章编号机电设计研究机电技术 年第期引言功率因数和效率一样都是永磁同步电动机 最具实用价值的特征指标。无论是并步起动的水 磁电动机还是调速永磁电动机设计时都力求提 高梵功率因数。因为前者通常就是用來替代低力 能指标的感应电动机后者为了减小电子控制器 的容呈也要求仃髙力能指标。本文仅针

2、对永磁同 步电动机力能折标中的功率因数进行讨论。永磁同步电动机的功率因数曲线图是永磁同步电动机和异步电动机随 变化时的功率因数曲线。可以看到永磁同步电动 机的功率I对数较异步电动机高尤其在轻载和空 载情况F要比异步电机高许多。这是因为水磁电 动机的转子中设置仃磁钢叮以不从电网或减少 从电网吸收无功电流來建立磁场因而功率因数 较高.异步电动机却必须靠电网提供的无功功率 建龙磁场而旦当异步电动机负载卜降时只减少 电流中的有功分呈无功分量却几乎不变因此功 率因数低并随着负载快速下降.町见高功率因数是永磁同步电动机的一个 突岀的优点它仃利于降低定子电流和绕组铜耗 提髙效率使永磁同步电动机拥仃比异步电动

3、机 高得多的力能折标.但也必须通过介理设计的永 磁电动机才能获得较高的功率因数.空载反电势对功率因数的彩响设水磁同步电动机匸作在无穷人的电网电JK 和频率均保持不变并忽略定子绕组电阳 则此时可认为输入功率 为电磁功率。且不计其磁阻转矩和各种损耗的微小变化 则当电动机负载不变时冇关系式=mE yU $祜&=mUcose =常数 a cmxd即 Esingulcose二常数和Lsin 0 =常数式中：m 电动机相数；L空我反电势；I定子相电流：0电压矢绘U超前反电势欠童巳的角 度，即功率角;4>电压矢量U超前定子相电流矢童i的 角度，即功率因素角，X.直轴同步电抗。根据式（1）和式（

4、2）,当匚取不同值时， 欠童E。、U和i的关系如图2所示.图中巳的端 点都落在与U平行的AB线上;而i的端点山都落 在 AB相交的CD线上.其中幅值為人小“止 好”，此时定子电流n最小.且i与u重合，因 此 cos<>=1：而匸> N>J I2>Ii （I 滞后U）,机电设计研究机电技术 年第期机电设计研究机电技术 年第期1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 机电技术 年第期机电设计研究此时cos<Kl：反之,E0J>Enl时

5、也有I3>L （i超 前和 cos4><1。由此可知，若比他参数不变且功率恒定时， 只需改变永磁同步电动机E的大小，不但影响定 子电流和功率因数，还可调格电机过励或欠励的 运行状态，使功率因数超前或滞后。定子电流随E变化的关系曲线Uf（E） S “V”形,如图3。V曲线的最低点对应氏吧, cos 4> = 1,曲线左边对应 Eo <Ec3 , cos < 1 （滞 后），曲线右边对应E0>Eo cos 4）<1（超前）。例某规格永磁同步电动机在试制屮实际测量 的2f（Ej曲线如图4,与图3分析曲线吻合.从 图3还可以看出，不同的电磁功率下，cos

6、4）=1 时的匕也不同。而对于成品永磁电动机的励磁磁 钢总是岀厂前一次性设置的，E一不会随负载变化, 运行中也不可能满足在任何负载卜 cos4> = l。【大| 此 设计时应选择好E,有冃的地使电机的负载 考核点和运行点功率因数均较高。设计原则图是台规恪容斌相同分别取不同的 永磁同步电动机 © 曲线它们相应的空载 反电势为。从曲线显然看出通过改变参考文献许实章主編电机学机械工业出版礼俳任远等蓍现代永磁电机理论与设计 机械匚业出版林值町有效地改变电机从空载到满载时功率因 数变化范围。对于节能型的专用永感电机为提高 实际节电效果可让电机在实际平均负载附近K的原则确泄如经常低负载运行的电动机 可取较低的 设计值 如同图中 对应的情 况 反之 经常满负载工作的电动机则取较奇的 值如同 对应的情况。而一般通用的永磁同 步电动机则按 的情况时选取反电势即空载 时稍有过励满载时略为欠励。结束语综上所述 永磁同步电动机可以通过空载反电 势值的设计选择使某一特定负载时功率因数较 高并决定其超前或滞后的性质因此设计中可 以冇n的地提髙冇效运行负载区域的功率因数 来获得较高的实际节能效果.机电技术 年第期机电设计研究机电技术 年第期机电设计研究作者简介陈瑜 年勢丁程师