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永磁同步电动机4象限(永磁同步电动机特性)

来源:www.xrdq.ne   时间:2023-01-03 19:50   点击:148  编辑:admin   手机版

1. 永磁同步电动机特性

永磁电动机是一种同步电动机,其转子使用永磁体,定子产生电磁转矩来推动转子的磁场围绕轴心线进行旋转,定子和转子的磁场是同步的。国内电动汽车普遍采用的是永磁同步电机。

永磁同步电机,是因为和交流异步电机相比,它有以下优势:

1、效率高,更加省电。和三相异步电机相比,永磁同步电机不仅仅额定功率点的效率更高,而且其在整个调速范围内的平均效率也更高。永磁同步电机的励磁磁场由永磁体提供,转子不需要励磁电流,电机效率提高,与异步电机相比,任意转速点均节约电能,尤其在转速较低的时候这种优势尤其明显。简单地说,永磁同步电机更加省电,有助于提高电动汽车续驶里程。

2.启动转矩更大,噪音更小,温度升高更低。永磁同步电机一般也采用异步起动方式,由于永磁同步电机正常工作时转子绕组不起作用,在设计永磁电机时,可使转子绕组完全满足高起动转矩的要求,例如使起倍1.8倍上升到2.5倍,甚至更大。

3.体积小,重量轻,有利于车辆轻量化,减少电动汽车能耗。由于使用了高性能的永磁材料提供磁场,使得永磁电机的气隙磁场较感应电机大先增强,永磁电机的体积和重最较感应电机可以大大的缩小。例如11kW的异步电机重最为220kg,而永磁电机仅为92kg,相当于异步电机重量的45.8%。

4.电机结构简单灵活,可靠性强。

制造永磁同步电机所需要的钕铁硼永磁材料是稀土资源,对于稀土资源缺少或稀土工业不发达的国家而言,根本无从做起。我国拥有全球70%的稀土资源,钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%,欧美车企的电动车若想用永磁同步电机需要考虑进口稀土的问题。所以,特斯拉等国外品牌不得不采用更为落后的交流异步电机,因为他们根本没那能力生产永磁同步电机,这也可以侧面反映出,我国电动汽车技术已在某些领域走在了世界前列,实现“弯道超车”并不是不可能。

2. 永磁同步电动机特性有哪些

个人理解,永磁同步电机和直流无刷电机的极对数一般较少,而永磁步进电机为了提高开环定位精度和增大低速力矩,设计极对数较多(一般为50对极),这也导致了其反电势大,导致电流衰减快,从而导致力矩衰减大。

而力矩衰减在直流无刷电机和永磁同步电机中几乎忽略的(额定转速内)。永磁同步电机和直流无刷电机的却别在于控制方式上,我觉得本体上区别不大,永磁同步电机一般是采用高线束编码器做高精度,直流无刷电机一般采用低线束编码器加上霍尔传感器做一般精度伺服,但是转速范围大。

至于相数,永磁步进电机一般有两相、三相和五相,两相是用的最多的;永磁同步电机和直流无刷电机一般是三相。

3. 永磁同步电动机的运行原理与特性如何

1)效率高:在转子上嵌入永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞损耗,提高了电机效率。

2)功率因数高:永磁同步电机转子中无感应电流励磁,定子绕组呈现阻性负载,电机的功率因数近于 1,减小了定子电流,提高了电机的效率。同时功率因数的提高,提高了电网品质因数,减小了输变电线路的损耗,输变电容量也可降低,节省 了电网投资。

3)起动转矩大:在需要大起动转矩的设备(如油田抽油电机 )中,可以用较小容量 的永磁 电机替代较大容量的Y 系列电机。如果 37 kw 永磁同步电机代替45kW ~55 kW 的 Y 系列电机,较好地解决了“大马拉小车”的现象,节省了设备投入费用,提高了系统 的运行效能。

4)力能指 标好 :Y 系列 电机在 60%的负荷下工作时,效率下降 15%,功率因数下降 30%,力能指标下降40%;而永磁同步电机的效率和功率因数下降甚微,当电机只有 20%负荷时,其力能指标仍为满负荷的 80%以上。

5)温升低:转子绕组中不存在电阻损耗,定子绕组中几乎不存在无功电流,因而电机温升低。

6 )体积小,重量轻 ,耗材少:同容量 的永磁同步电机体积、重量、所用材料可以减小 30%左右。

7)可大气隙化,便于构成新型磁路。

8 )电枢反应小 ,抗过载能力强。

缺点:

永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时,其导磁性能可能会下降,或发生退磁现象,有可能降低永磁电动机的性能。另外,稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料,制造成本不太稳定。

4. 永磁同步电动机特性曲线

永磁同步电机与异步电机相比,具有明显的优势,它效率高,功率因素高,能力指标好,体积小,重量轻,温升低,技能效果显著,较好地提高了电网的品质因素。永磁同步电机与异步电机性能比较,分别从效率及功率因素、起动转矩、工作温升详细解析。

5. 永磁同步电动机特性和应用

永磁同步使用的是永磁同步电机,研究的目的就是更好的控制使用永磁同步电机。

永磁同步这项控制技术具体就是指永磁同步电机的实际应用。比如在我国首列永磁跨坐式单轨列车最大的亮点就是采用了永磁同步电机驱动,节能优势显著。

6. 永磁同步电动机的结构、工作原理及特性

永磁同步电机主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。

永磁同步电机的载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。

永磁同步电机的切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。

永磁同步电机交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。

永磁同步电机的交变性与对称性:由于旋转磁场极性相间,使得感应电势的极性交变;由于电枢绕组的对称性,保证了感应电势的三相对称性。

7. 永磁同步电机运行特性

永磁同步直驱电机的优点:

1.效率高:

在转子上嵌入永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞损耗,提高了电机效率。

2.功率因数高:

永磁同步电机转子中无感应电流励磁,定子绕组呈现阻性负载,电机的功率因数近于 1,减小了定子电流,提高了电机的效率。

同时功率因数的提高,提高了电网品质因数,减小了输变电线路的损耗,输变电容量也可降低,节省了电网投资。

3.起动转矩大:

在需要大起动转矩的设备中,可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的Y系列电机。

如果37kw永磁同步电机代替45kW~55kW的Y系列电机,较好地解决了“大马拉小车”的现象,节省了设备投入费用,提高了系统的运行效能。

4.力能指标好 :

Y系列电机在60%的负荷下工作时,效率下降15%,功率因数下降30%,力能指标下降40%;

而永磁同步电机的效率和功率因数下降甚微,当电机只有20%负荷时,其力能指标仍为满负荷的80%以上。

5.温升低:

转子绕组中不存在电阻损耗,定子绕组中几乎不存在无功电流,因而电机温升低。

6 .体积小,重量轻 ,耗材少:

同容量的永磁同步电机体积、重量、所用材料可以减小30%左右。

7.可大气隙化,便于构成新型磁路。

8 .电枢反应小 ,抗过载能力强。

永磁同步直驱电机的缺点:

1.不可逆退磁问题:

如果设计或使用不当,永磁同步电机在过高或过低温度时,在冲击电流产生的电枢反应作用下,或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁,或叫失磁,使电机性能下降,甚至无法使用。

因此,既要研究开发适用于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置,又要分析各种不同结构型式的抗去磁能力,以便设计和制造时,采用相应措施保证永磁同步电机不失磁。

2.成本问题:

铁氧体永磁同步电机由于结构工艺简单、质量减轻,总成本一般比电励磁电机低 ,因而得到了广泛应用。

由于稀土永磁目前的价格还比较贵,稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高,这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。

在设计时既需要根据具体使用场合和要求进行性能、价格的比较后取舍,又要进行结构工艺的创新和设计优化,以降低成本。

3 .控制问题:

永磁同步电机不需外界能量 即可维持其磁场,但这也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。

但是随着MOSFET、IGBT等电力电子器件和控制技术的发展,大多数永磁同步电机在应用中,可以不进行磁场控制而只进行电枢控制。

设计时需把永磁材料、电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来,使永磁同步电机在崭新的工况下运行。

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