永磁同步电动机

1. 永磁同步电动机的结构

永磁同步电动机主要由定子和转子两大部分组成，如图2-17所示。定子与普通交流电动机基本相同，由电枢铁芯和电枢绕组构成。电枢铁芯采用叠片结构以减小电动机运行时的铁损耗；电枢绕组可以采用集中绕组或分布短路绕组；对于极数较多的电动机，还可以采用分数槽绕组。

图2-17 永磁同步电动机的结构

1—定子铁芯；2—定子绕组；3—转子； 4—转轴；5—机座

永磁同步电动机的转子主要由永磁体、转子铁芯和转轴构成。转子结构的选择，要兼顾低速恒转矩控制运行的高转矩输出和高速恒功率区的弱磁升速性能，尽量提高直轴电枢反应电感和凸极率，增大弱磁能力和磁阻转矩分量，提高电动机和逆变器容量的利用率。同时，还要避免转子中永磁体的不可逆退磁，确保转子有足够的机械强度，以保证电动机在最高转速下安全可靠运行。

与交流感应电动机相比，永磁同步电动机必须装有转子位置传感器，用来检测转子位置，并以此对电枢电流进行控制，达到对永磁同步电动机控制的目的。

2. 工作原理分析

永磁同步电动机的工作原理与交流同步电动机相似，动力蓄电池电源经逆变器变换为电压可调的三相正弦波电压，输入给永磁同步电动机的三相对称绕组，产生三相对称电流，在正弦波电流和永磁磁动势的作用下产生电磁转矩，带动转子随着旋转磁场以相同的旋转速度旋转。旋转速度为：

式中，n 1——旋转磁场的同步转速，r/min；

f1——三相正弦波电压的频率，Hz；

p——磁极对数。

永磁同步电动机负载运行时定子绕组电流会产生电枢磁动势，与永磁磁动势共同作用合成气隙磁场，因此存在电枢反应。电枢磁场与永磁磁场以相同的速度旋转，彼此相互静止。电枢磁场不仅会使永磁磁场波形发生畸变，而且会产生去磁或增磁作用。直接影响永磁同步电动机的运行性能。

3. 永磁同步电动机的性能特点

永磁同步电动机不仅能够产生永磁转矩，而且在一定的条件下，由于永磁体的磁阻接近于空气。因此有较大的有效气隙，可以较大程度降低电枢反应。

永磁同步电动机转子采用永磁体，转子上无绕组、无铜耗、磁通量小，在低负载时铁损很小。因此，永磁同步电动机具有以下优点：

① 高效节能。永磁同步电动机不用励磁，没有励磁损耗，具有高效率（达97%）、高比功率（超过1 k W/kg）和输出转矩/转动惯量比高的特点。相比其他类型电动机，具有更高的效率和更大的输出转矩，并且更加节能。

② 高可靠性。永磁同步电动机的运行与供电电源频率同步，不受电源电压和负载变换的影响，在额定的负载范围内，保持以同步转速旋转，运行平稳，电流损耗小，在高速运行区具有良好的可靠性。

③ 调速性能好。永磁同步电动机具有调速范围宽、调速精度高、效率高、噪声低的优点。

④ 结构简单、使用寿命长、便于维护、体积小。

永磁同步电动机有以下缺点：

① 起动慢。由于转速与频率成比例关系，因此只有在频率上升时才能逐渐起动，而不能快速起动。另外，由于永磁同步电动机会出现失步现象，因此较适合在重负载下运行。

② 功率范围小。永磁同步电动机受到永磁体材料和加工工艺等因素的限制，使得永磁同步电动机的功率范围较小，一般最大功率为几十千瓦。

③ 温度影响大。永磁体材料在受到振动、高温或过载电流作用时，会使得永磁体发生退磁现象，降低电动机的性能，过载发热或高温超过居里温度e T，永磁体将失去磁性而损坏电动机。

④ 控制系统复杂。永磁同步电动机匹配复杂的控制系统，使得其成本提高。