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带你了解一下永磁同步电机

发布日期: 2021-10-23
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结构

永磁同步电机主要由定子、转子和端盖等部件构成,定子由叠片叠压而成以减少电动机运行时产生的铁耗,其中装有三相交流绕组,称作电枢。转子可以制成实心的形式,也可以由叠片压制而成,其上装有永磁体材料。根据电机转子上永磁材料所处位置的不同,永磁同步电机可以分为突出式与内置式两种结构形式,图1给出相应的示意图。突出式转子的磁路结构简单,制造成本低,但由于其表面无法安装启动绕组,不能实现异步起动。 

内置式转子的磁路结构主要有径向式、切向式和混合式3种,它们之间的区别主要在于永磁体磁化方向与转子旋转方向关系的不同。图2给出3种不同形式的内置式转子的磁路结构。由于永磁体置于转子内部,转子表面便可制成极靴,极靴内置入铜条或铸铝等便可起到启动和阻尼的作用,稳态和动态性能都较好。又由于内置式转子磁路不对称,这样就会在运行中产生磁阻转矩,有助于提高电机本身的功率密度和过载能力,而且这样的结构更易于实现弱磁扩速。

优点

永磁同步电机可以将电机整体地安装在轮轴上,形成整体直驱系统,即一个轮轴就是一个驱动单元,省去了一个齿轮箱。永磁同步电机的优点如下: 

永磁同步电机本身的功率效率高以及功率因数高; 

永磁同步电机发热小,因此电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小;

系统采用全封闭结构,无传动齿轮磨损、无传动齿轮噪声,免润滑油、免维护;

永磁同步电机允许的过载电流大,可靠性显著提高;

整个传动系统重量轻,簧下重量也比传统的轮轴传动的轻,单位重量的功率大; 

由于没有齿轮箱,可对转向架系统随意设计:如柔式转向架、单轴转向架,使列车动力性能大大提高。

由于采用了永磁材料磁极,特别是采用了稀土金属永磁体(如钕铁硼等),其磁能积高,可得到较高的气隙磁通密度,因此在容量相同时,电机的体积小、重量轻。

转子没有铜损和铁损,也没有集电环和电刷的摩擦损耗,运行效率高。

转动惯量小,允许的脉冲转矩大,可获得较高的加速度,动态性能好,结构紧凑,运行可靠

控制方式

永磁同步电机恒压频比控制方法

永磁同步电机的恒压频比控制方法与交流感应电机的恒压频比控制方法相似,控制电机输入电压的幅值和频率同时变化,从而使电机磁通恒定,恒压频比控制方法可以适应大范围调速系统的要求。 

在不反馈电流、电压或位置等物理信号的前提下,仍能达到一定的控制精度,这是恒压频比控制方法的较大优点。恒压频比控制方法控制算法简单、硬件成本低廉,在通用变频器领域得到了广泛应用。恒压频比控制方法的缺点也显而易见,由于在控制过程中没有反馈速度、位置或任何其他的信号,所以几乎完全不能获得电机的运行状态信息,更无法精确控制转速或电磁转矩,系统性能一般,动态响应较差,尤其在给定目标速度发生变化或者负载突变时,容易产生失步和振荡等问题。显然,该种控制方法不能分别控制转矩和励磁电流,在控制过程中容易存在较大的励磁电流,影响电机的效率。因此,此种控制方法常用于性能需求较低的通用变频器中,如空调、流水线的传送带驱动控制、水泵和风机的节能运行等。

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