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电气设备

永磁同步电机原理、特点、应用详解

时间:2019-06-14 10:14 来源:中福机电 作者:湖南机电

永磁同步电机原理、特点、应用详解

电机对于工农业来说至关重要,本文将会对电机的定义、分类、电机驱动的分类进行简介,并详细介绍永磁同步电机的原理、特点以及应用。

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电机的定义

所谓电机,顾名思义,就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当电能被转换成机械能时,电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子,定子绕组,转速传感器以及外壳,冷却等零部件组成。

电机的分类

按结构和工作原理划分:直流电动机、异步电动机、同步电动机。

按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。

交流电机还可分:单相电机和三相电机。

直流电动机按结构及工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可划分:永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机划分:串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机划分:稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

按结构和工作原理划分:可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。

同步电机可划分:永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电机可划分:感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机可划分:三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机可划分:单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

按起动与运行方式划分:电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

按用途划分:驱动用电动机和控制用电动机。

永磁同步电机

所谓永磁,指的是在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率,则是电控部分所要解决的问题。

永磁同步电动机的特点

永磁电动机具有较高的功率/质量比,体积更小,质量更轻,比其他类型电动机的输出转矩更大,电动机的极限转速和制动性能也比较优异,因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但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

永磁同步电机与异步电机

除了永磁同步电机,异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注。与同步电机相比起来,电机转子的转速总是小于旋转磁场(由定子绕组电流产生)的转速。因此,转子看起来与定子绕组的电流频率总是“不一致”,这也是其为什么叫异步电机的原因。

相比于永磁同步电机,异步电机的优点是成本低,工艺简单;当然其缺点就是其功率密度与转矩密度要低于永磁同步电机。而特斯拉ModelS为何选用异步电机而不是永磁同步电机,除了控制成本这个主要原因之外,较大的ModelS车体能够有足够空间放的下相对大一点的异步电机,也是一个很重要的因素。

永磁同步电动机怎样产生动力?

在交流异步电动机中,转子磁场的形成要分两步走:第一步是定子旋转磁场先在转子绕组中感应出电流;第二步是感应电流再产生转子磁场。在楞次定律的作用下,转子跟随定子旋转磁场转动,但又“永远追不上”,因此才称其为异步电动机。如果转子绕组中的电流不是由定子旋转磁场感应的,而是自己产生的,则转子磁场与定子旋转磁场无关,而且其磁极方向是固定的,那么根据同性相斥、异性相吸的原理,定子的旋转磁场就会拉动转子旋转,并且使转子磁场及转子与定子旋转磁场“同步”旋转。这就是同步电动机的工作原理。

根据转子自生磁场产生方式的不同,又可以将同步电动机分为两种:

一是将转子绕组通上外接直流电(励磁电流),然后由励磁电流产生转子磁场,进而使转子与定子磁场同步旋转。这种由励磁电流产生转子磁场的同步电动机称为励磁同步电动机。

二是干脆在转子上嵌上永久磁体,直接产生磁场,省去了励磁电流或感应电流的环节。这种由永久磁体产生转子磁场的同步电动机,就称为永磁同步电动机。

永磁同步电机的应用

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