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    新聞資訊

    永磁同步電機特性以及優缺點有哪些?

    2023-04-23 16:19:23來源:

    一、永磁同步電機的特性

    1、電壓的調節

    自動調節勵磁系統可以看成為一個以電壓為被調量的負反饋控制系統。無功負荷電流是造成發電機端電壓下降的主要原因,當勵磁電流不變時,發電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質量的要求,發電機的端電壓應基本保持不變,實現這一要求的辦法是隨無功電流的變化調節發電機的勵磁電流。

    2、無功功率的調節

    發電機與系統并聯運行時,可以認為是與無限大容量電源的母線運行,要改變發電機勵磁電流,感應電勢和定子電流也跟著變化,此時發電機的無功電流也跟著變化。當發電機與無限大容量系統并聯運行時,為了改變發電機的無功功率,必須調節發電機的勵磁電流。此時改變的發電機勵磁電流并不是通常所說的“調壓”,而是只是改變了送入系統的無功功率。

    3、無功負荷的分配

    并聯運行的發電機根據各自的額定容量,按比例進行無功電流的分配。大容量發電機應負擔較多無功負荷,而容量較小的則負提供較少的無功負荷。為了實現無功負荷能自動分配,可以通過自動高壓調節的勵磁裝置,改變發電機勵磁電流維持其端電壓不變,還可對發電機電壓調節特性的傾斜度進行調整,以實現并聯運行發電機無功負荷的合理分配。

    二、永磁電機驅動系統具有以下優點: 

    1、結構簡單、緊湊

    永磁同步電機采用永磁體產生氣隙磁場,不是像換向器電動機那樣用勵磁線圈產生氣隙磁場,也不像感應電機那樣用定子電流的勵磁分量產生氣隙磁場,而且結構簡單、損耗小、效率高。永磁同步電機可以分為表面貼裝式永磁同步電機(SPM)和內埋式永磁同步電機(IPM)兩種型式。國內開發的永磁同步電機是轉子鐵心內部埋入永磁鐵的內埋式永磁同步電機(IPM)。對IPM電機由于永磁體埋入于轉子內部,鐵芯對永磁體起到了較好的保護,可有效防止離心力、腐蝕以及其他生產過程中可能出現的對永磁體的損害。IPM電機具有較強的磁場凸極性,通過控制可充分利用磁阻轉矩,以獲得更高的轉矩輸出。同時,由于凸極效應而使電機的弱磁控制范圍大大增加,從而使電機的轉速范圍大大增加。 

    2、高效率、高功率因數

    永磁同步電機綜合了傳統異步電機與電勵磁同步電機的優點,并可獲得相似甚至超過直流電機的調速特性,在性能上得到了全面提升。永磁同步電動機與異步電動機相比,不需要無功勵磁電流,可以顯著提高功率因數,減少定子電流和定子銅耗,而且在穩定運行時沒有轉子銅耗,由于總損耗的降低而減小了電機冷卻系統的容量,從而減小了相應的附加損耗。因而,其效率比同規格的異步電動機提高2~15個百分點。

    3、動態響應與過載能力強

    同步電動機比異步電動機對轉矩的擾動具有更強的承受能力,能做出比較快的反應。當異步電動機的負載轉矩發生變化時,要求電機的轉差率也跟著變化,即電機的轉速發生相應的變化,但是系統轉動部分的慣性阻礙電機響應的快速性。同步電動機的負載轉矩變化時,只要電機的功角做適當變化,而轉速始終維持在原來的同步速不變,轉動部分的慣性不會影響電機對轉矩的快速響應。永磁同步電動機的最大轉矩可以達到額定轉矩的3倍以上,對電機系統在負載轉矩變化較大的工況下穩定運行非常有利。 

    4、體積小與重量輕

    近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應用,永磁同步電動機的功率密度得到很大提高。與同轉速同容量的異步電動機相比,體積和重量都有較大的減少,從而使其在許多特殊場合得到應用。 

    5、可靠性高、運行維護費低

    與直流電動機和電勵磁同步電動機相比,永磁同步電機沒有電刷,簡化了結構,增加了可靠性。直驅系統取消了減速機,減少了故障點,提高了系統可靠性。同時也降低了運行維護費用。 

    三、但是永磁同步電機也存在以下缺點:

    電機造價較高;在恒功率模式下,操縱較為復雜,控制系統成本較高;弱磁能力差,調速范圍有限;功率范圍較小,受磁材料工藝的影響和限制,最大功率僅為幾十千瓦;低速時額定電流較大,損耗大,效率較低;永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時,其導磁性能可能會下降或發生退磁現象,將降低永磁電動機的性能,嚴重時還會損壞電動機,在使用中必須嚴格控制,使其不發生過載。永磁材料磁場不可變,要想增大電機的功率,其體積會很大;抗腐蝕性差;不易裝配。

    四、延伸:各種電機的比較

    我們先比較各種電機的發展歷史,從下圖我們可以看到,有刷直流電機、一般同步電機、感應電機與有刷磁鐵電機商品化歷史最長,其產品更新換代不斷,而且迄今還在應用。而自上世紀80年代開始進入商品化的表面永磁同步電機與1990年代以來研制開發的開關磁阻電機、內置式永磁同步電機以及最新的同步磁阻電機相繼進入市場,并在電動汽車與混合動力車上獲得應用。

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    各種電機的發展歷史比較

    就目前發展水平,各類驅動電機基本性能比較如下:

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    各類驅動電機基本性能比較

    然后再比較各種電機在哪些新能源汽車上應用比較廣。異步電機主要應用在純電動汽車,永磁同步電機主要應用在混合動力汽車中,開關磁阻電機目前主要應用在客車中。而從中國不同種類新能源汽車驅動電機的應用來看,目前交流異步感應電機和開關磁阻電機主要應用于新能源商用車,特別是新能源客車,開關磁阻電機的實際裝配應用較少;永磁同步電機主要應用于新能源乘用車。


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