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[導(dǎo)讀] 目前我國電動機保有量大，消耗電能大，設(shè)備老化，效率較低，已完全進入更新?lián)Q代的時期，而永磁同步電動機(PMSM)具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標好、溫升低等特點。

目前我國電動機保有量大，消耗電能大，設(shè)備老化，效率較低，已完全進入更新?lián)Q代的時期，而永磁同步電動機(PMSM)具有體積小、效率高、功率因數(shù)高、起動力矩大、力能指標好、溫升低等特點。

永磁同步電機基本原理

＊ 電機是以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。

＊ 為在電機內(nèi)建立進行機電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場，可有兩種方法：一種是在電機繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場，如普通的直流電機，同步電機和異步電機等；另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場，即永磁同步電機。

＊ 從基本原理來講：永磁同步電機與傳統(tǒng)電勵磁同步電機是一樣的，其唯一區(qū)別為傳統(tǒng)的電勵磁同步電機是通過在勵磁繞組中通入電流來產(chǎn)生磁場的，而永磁同步電機是通過永磁體來建立磁場的，并由此引起兩者分析方法存在差異。

永磁同步電機相比交流異步電機優(yōu)勢

1、效率高、更加省電：

a、由于永磁同步電機的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免通過勵磁電流來產(chǎn)生磁場而導(dǎo)致的勵磁損耗（銅耗）；

b、永磁同步電機的外特性效率曲線相比異步電機，其在輕載時效率值要高很多，這是永磁同步電機在節(jié)能方面，相比異步電機最大的一個優(yōu)勢。因為通常電機在驅(qū)動負載時，很少情況是在滿功率運行，這是因為：一方面用戶在電機選型時，一般是依據(jù)負載的極限工況來確定電機功率，而極限工況出現(xiàn)的機會是很少的，同時，為防止在異常工況時燒損電機，用戶也會進一步給電機的功率留裕量；另一方面，設(shè)計者在設(shè)計電機時，為保證電機的可靠性，通常會在用戶要求的功率基礎(chǔ)上，進一步留一定的功率裕量，這樣導(dǎo)致在實際運行的電機90%以上是工作在額定功率的70%以下，特別是在驅(qū)動風(fēng)機或泵類負載，這樣就導(dǎo)致電機通常工作在輕載區(qū)。對異步電機來講，其在輕載時效率很低，而永磁同步電機在輕載區(qū)，仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機20%以上。

c、由于永磁同步電機功率因數(shù)高，這樣相比異步電機其電機電流更小，相應(yīng)地電機的定子銅耗更小，效率也更高。

d、系統(tǒng)效率高：永磁電機參數(shù)，特別是功率因數(shù)，不受電機極數(shù)的影響，因此便于設(shè)計成多極電機（如可以100極以上），這樣對于傳統(tǒng)需要通過減速箱來驅(qū)動負載電機，可以做成直接用永磁同步電機驅(qū)動的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動效率。

2、功率因數(shù)高：

由于永磁同步電機在設(shè)計時，其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，甚至可以設(shè)計成功率因數(shù)等于1，且與電機極數(shù)無關(guān)。而異步電機隨著極數(shù)的增加，由于異步電機本身的勵磁特點，必然導(dǎo)致功率因數(shù)越來越低，如極數(shù)為8極電機，其功率因數(shù)通常為0.85左右，極數(shù)越多，相應(yīng)功率因數(shù)越低。即使是功率因數(shù)最高的2極電機，其功率因數(shù)也難以達到0.95。電機的功率因數(shù)高有以下幾個好處：

a、功率因數(shù)高，電機電流小，電機定子銅耗降低，更節(jié)能；

b、功率因數(shù)高，電機配套的電源，如逆變器，變壓器等，容量可以更低，同時其他輔助配套設(shè)施如開關(guān)，電纜等規(guī)格可以更小，相應(yīng)系統(tǒng)成本更低。

c、由于永磁同步電機功率因數(shù)高低不受電機極數(shù)的限制，在電機配套系統(tǒng)允許的情況下，可以將電機的極數(shù)設(shè)計的更高，相應(yīng)電機的體積可以做得更小，電機的直接材料成本更低。

3、電機結(jié)構(gòu)簡單靈活：

a、由于異步電機轉(zhuǎn)子上需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或轉(zhuǎn)子繞組，大大限制了異步電機結(jié)構(gòu)的靈活性，而永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計更為靈活，如對鐵路牽引電機，可以將電機轉(zhuǎn)子的磁鋼可直接安裝在機車輪對的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)大為簡化；又如永磁風(fēng)力發(fā)電機，電機做成外轉(zhuǎn)子直驅(qū)結(jié)構(gòu)，電機的轉(zhuǎn)子與葉輪做成一個整體，隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，而定子固定在支撐塔上。

b、由于永磁同步變頻調(diào)速電機參數(shù)不受電機極數(shù)的限制，便于實現(xiàn)電機直接驅(qū)動負載，省去噪音大，故障率高的減速箱，增加了機械傳動系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。

4、可靠性高：

從電機本體來對比，永磁同步變頻調(diào)速電機與異步電機的可靠性相當，但由于永磁同步電機結(jié)構(gòu)的靈活性，便于實現(xiàn)直接驅(qū)動負載，省去可靠性不高的減速箱；在某些負載條件下甚至可以將電機設(shè)計在其驅(qū)動裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置，石油鉆機的絞車驅(qū)動裝置，從而可以省去傳統(tǒng)電機故障率
高的軸承：大大提高了傳動系統(tǒng)的可靠性。

5、體積小，功率密度大：

永磁同步變頻調(diào)速電機體積小，功率密度大的優(yōu)勢，集中體現(xiàn)在驅(qū)動低速大扭矩的負載時，一個是電機的極數(shù)的增多，電機體積可以縮小。還有就是：電機效率的增高，相應(yīng)地損耗降低，電機溫升減小，則在采用相同絕緣等級的情況下，電機的體積可以設(shè)計的更?。浑姍C結(jié)構(gòu)的靈活性，可以省去電機內(nèi)許多無效部分，如繞組端部，轉(zhuǎn)子端環(huán)等，相應(yīng)體積可以更小。

6、起動力矩大、噪音小、溫升低 ：

a、永磁同步電機在低頻的時候仍能保持良好的工作狀態(tài)，低頻時的輸出力矩較異步電機大，運行時的噪音??；

b、轉(zhuǎn)子無電阻損耗，定子繞組幾乎不存在無功電流，因而電機溫升低，同體積、同重量的永磁電機功率可提高30%左右；同功率容量的永磁電機體積、重量、所用材料可減少30%。

基于永磁同步電機上述眾多優(yōu)勢，特別在目前國家‘節(jié)能減排’的大背景下，其應(yīng)用前景極為廣闊。隨著永磁體及永磁同步電機控制技術(shù)的日益成熟可靠，其應(yīng)用范圍基本上可以覆蓋目前應(yīng)用電機所有領(lǐng)域：

永磁同步變頻調(diào)速電機應(yīng)用案例

1、電動汽車

伴隨汽車工業(yè)的急速發(fā)展，環(huán)保問題也越來越嚴重，為了解決上述問題，并且大幅改善燃油經(jīng)濟型，毫無疑問就是使用電動汽車。永磁同步電機以其高效率、高功率因數(shù)和高功率密度等優(yōu)點，正逐漸成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流電機之一。

2、軌道交通領(lǐng)域

2007年，阿爾斯通公司研發(fā)的新一代永磁牽引電機系統(tǒng)的高速AGV列車—V150，創(chuàng)下列車速度世界新紀錄574.8km/h。

3、電梯領(lǐng)域

永磁同步電機產(chǎn)生較小的諧波噪聲，應(yīng)用于電梯系統(tǒng)中，可以帶來更佳的舒適感；

4、醫(yī)療機械領(lǐng)域

傳統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)的整流子電機不僅故障率高，且壽命短、噪聲大、無法做消毒處理。用電子換向無刷直流永磁電機可以極大的提高工作可靠性，降低噪聲，延長壽命，是開發(fā)新一代醫(yī)療器械的關(guān)鍵。

5、家電行業(yè)領(lǐng)域

由于永磁電機在低運轉(zhuǎn)時效率極高，可以有效的降低頻繁啟動的損耗，是實現(xiàn)家電節(jié)能的較佳技術(shù)途徑之一。

6、船舶電力推進領(lǐng)域

推進電機是船舶綜合電力系統(tǒng)的重要組成部分、永磁同步推進電機具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、易于實現(xiàn)集中遙控、可靠性高、可維護性好等優(yōu)點，是船舶推進電機的理想選擇。

7、擠出機領(lǐng)域

螺桿驅(qū)動電機是擠出機動力系統(tǒng)的重要組成部分、永磁同步電機具有體積小、重量輕、效率高、噪聲低、可靠性高、可維護性好等優(yōu)點，是擠出機驅(qū)動電機的理想選擇。

永磁同步電機是眾多高新技術(shù)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，它與電力電子技術(shù)和微電子控制技術(shù)相結(jié)合，可以制造出許多新型的、性能優(yōu)異的機電一體化產(chǎn)品和裝備，代表了21世紀電機發(fā)展的方向。