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(1)永磁同步电动机简介
在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生磁场,这种方法既需要有专门的绕组和相应的装置,又需要不断供给能量以维持电流流动,例如普通的直流电机和同步电机。另一种是由永磁体来产生磁场,这种方法既可简化电机结构,又可节约能量。由永磁体产生磁场的电机就是永磁电机。
它利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机,其定子产生旋转磁场,转子用永磁材料制成。同步发电机为了实现能量的转换,需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流,称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式,凡是从其它电源获得励磁电流的发电机,称为他励发电机,从发电机本身获得励磁电源的,则称为自励发电机。
(2)永磁同步电动机的特点
永磁同步电动机有以下优点:功率因数大,效率高,功率密度大;结构简单、便于维护,使用寿命较长、可靠性高;调速性能好,精度高;具有良好的瞬时特性,转动惯量低,响应速度快;频率高,输出转矩大,极限转速和制动性能优于其他类型的电机;采用电子功率器件作为换向装置,驱动灵活,可控性强;形状和尺寸灵活多样,便于进行外形设计;采用稀土永磁材料后电机的体积小、质量轻。
但是永磁同步电动机也有以下缺点:电机造价较高;在恒功率模式下,操纵较为复杂,控制系统成本较高;弱磁能力差,调速范围有限;功率范围较小,受磁材料工艺的影响和限制,最大功率仅为几十千瓦;低速时额定电流较大,损耗大,效率较低;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,将降低永磁电动机的性能,严重时还会损坏电动机,在使用中必须严格控制,使其不发生过载。永磁材料磁场不可变,要想增大电机的功率,其体积会很大;抗腐蚀性差;不易装配。
(3)永磁电机作为驱动电机的优越性
①转矩、功率密度大、起动力矩大。永磁电机气隙磁密度可大大提高,电机指标可实现最佳设计,使得电机体积缩小、重量减轻,同容量的稀土永磁电机体积、重量、所用材料可以减轻30%左右。永磁驱动电机起动转矩大,在汽车启动时能提供有效地启动转矩,满足汽车的运行需求。
②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。同时永磁无刷同步电机的恒转矩区比较长,一直延伸到电机最高转速的50%左右,这对提高汽车的低速动力性能有很大帮助。
③高效节能。在转子上嵌入稀土永磁材料后,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。永磁电机不但可减小电阻损耗,还能有效地提高功率因数。如在25%-120%额定负载范围内永磁同步电机均可保持较高的效率和功率因素。
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