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1、一.永磁同步电机的特点和优势永磁同步电机具有高效率、全封闭自冷、小型轻量化、大扭矩输出、直接驱动等特点，与感应电机相比具备以下几个优势：首先，由于转子是永久磁铁，不需要转子线圈，从而减少了旋转时的铜损，总损耗可减少2/3；其次，采用永磁体、全封闭和无传感器控制的驱动方式，使得结构简单化、轻量化；第三，封闭结构保证了没有外部尘埃的侵入，能够减少部件损害，且维护简单；第四，与200kW级感应电机相比，噪声降低了12dB（A）。第1页/共20页二.永磁同步电机基本原理1.电机是以磁场为媒介进行机械能和电能的相互转换的电磁装置。2.为在电机内建立进行电能量所必须的气隙磁场，可有两种方法：一种是在电机绕
2、组内通以电流来产生磁场，如普通的直流电机，同步和异步电机等；另一种是永磁体来产生磁场，即永磁同步电机。图2机座与定子图1定子铁芯与绕组第2页/共20页 永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极，图3左就是一个安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为凸装式永磁转子。磁极的极性与磁通走向图3右，这是一个4极转子。根据磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转，于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。图4左是另一种安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面，称为嵌入式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见
3、图右，这也是一个4极转子。图3凸装式永磁转子图4嵌入式永磁转子铁芯1第3页/共20页三.永磁材料永久磁体使用稀土材料制造，中国的稀土储藏量世界最高。我国资源很适合发展永磁同步电机第4页/共20页永磁材料的概念永磁材料又称“硬磁材料”。永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁、矫顽力、内禀矫顽力、磁能积。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度、可工作温度、剩磁及内禀矫顽力的温度系数、回复导磁率、退磁曲线方形度、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压强度、冲击韧性
4、等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。永磁材料具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。第5页/共20页 对同一铁磁材料，以不同的磁场强度Hm分别进行反复多次反复磁化，可得到多个大小不等的磁滞回线，如下图2-2所示。将各磁滞回线的顶点连接起来，所得到的一条曲线称为基本磁化曲线或称为平均磁化曲线。第6页/共20页四.永磁同步电机的设计1.定子冲片尺寸和气隙长度的确定当电机的转速一定时，极数确定，则定子槽数取决于每极每相槽数q1，q1对参数、性能影响较大。当q1较大时，定子谐波磁场减小，附加损耗降低；定子槽漏抗减小；槽中线圈边的总散热面积增大，有利于散热；绝缘材料用量和
5、加工工时增加，槽利用率低。综合考虑，q1在26之间选择，取整数，极数少、功率大的，q1取大值；极数多的，q1取小值。对于常规用途的小功率永磁同步电动机，为提高零部件的通用性，缩短开发周期和成本，通常选用Y系列或Y2系列或Y3系列小型三相感应电动机的定子冲片。第7页/共20页2.定子绕组的设计永磁同步电动机转子永磁体产生的磁场含有大量的谐波，感应电动势中谐波含量也较高，为避免三次谐波在绕组各相之间产生环流，三相绕组的连接通常采用Y形接法。（1）定子绕组型式和节距选择与感应电动机一样，永磁同步电动机使用的绕组型式有单层绕组、双层绕组和正弦绕组等。其中单层绕组又分为同心式、链式和交叉式，区别在于端接
6、形状、线圈节距和线圈之间的连接顺序。这些绕组形式各有其特点和适用场合。单层绕组的优点是：槽内无层间绝缘，槽利用率高；同一槽内导体属于同一相，不会发生层间击穿；线圈数比双层少一倍，线圈制造和q嵌线方便。但也存在缺点，如不能做成短距以改善磁场波形，主要用于160及以下机座。其中同心式绕组的端部用铜多，线圈尺寸不同，制造复杂，多适用于q1=4、6、8的二极电机；链式绕组适用于q1=2的4、6、8极电机；交叉式绕组适用于q1为奇数的电机。第8页/共20页2）每相串联匝数的确定永磁同步电动机的起动性能和功率因数都与每相串联匝数直接相关。在确定每相串联匝数时，通常先满足起动要求，再通过调整永磁体满足功率因
7、数的要求。永磁同步电动机的起动能力比感应电动机差，故每相串联匝数少，起动电流倍数高。第9页/共20页（3）电流密度选择、线规、并绕根数和并联支路数的确定一般来讲，在永磁同步电动机中，为达到高效节能的目的，电流密度通常比同容量的感应电机低，同时每相串联匝数较小也为低电流密度的采用提供了保证。导线截面积为式中：Nt1为并绕根数。对于小电机，每槽导体数较多，非常容易选择合适的每槽导体数以满足起动性能的要求，为避免极间连线过多，a1通常取小值；对于容量较大的电机，每槽导体数较小，a1通常取大值以增加每槽导体数，增大其选择余地，满足起动性能的要求。小型永磁同步电动机通常采用圆铜线，为便于嵌线，线径不超过
8、1.68mm，线径应为标准值。线规确定后，要核算槽满率，槽满率一般控制在75%80%，机械化下线控制在75%以下。第10页/共20页3.永磁体设计在永磁同步电动机设计中，永磁体形状通常为矩形，主要尺寸为：每极永磁体的总宽度、永磁体充磁方向长度和永磁体轴向长度，其中永磁体轴向长度跟电机转子铁心长度相同，因此只需确定每极永磁体的总宽度和永磁体的充磁方向长度。确定永磁体充磁方向长度的原则是：在永磁材料用量尽可能少的前提下，保证永磁体在电机最大去磁工作状态下不会发生不可逆去磁，保证永磁体在稳态运行下有合理的工作点。此外永磁体充磁方向长度还于直轴电抗有关，但在设计时考虑较少.第11页/共20页五.永磁同
9、步电动机的运用前景电动汽车：伴随着汽车工业的极速发展，环保问题也越来越严重，为了解决上述问题，并且大幅度改善燃油经济型，毫无疑问就是使用电动汽车。永磁同步电机以其高效率、高功率因素和高功率密度等优点，正逐渐成为电动汽车驱动的主流电机之一。第12页/共20页第13页/共20页 轨道交通领域：东芝公司和日本铁道综研所自1992年起共同开发铁道车辆用永磁同步电机，2000年开始对通勤铁路和地铁车辆用永磁同步电机进行开发。经过多年的发展，现已成功研制了具有世界先进水平的永磁同步电机产品，在多种轨道交通车辆上投入运用。第14页/共20页第15页/共20页 电梯领域：永磁同步电机产生较小的谐波噪声，运用于电梯系统中，可以带来更佳的舒适感；第16页/共20页船舶电力推进领域：推进电机是船舶综合电力系统的重要组成部分、永磁同步推进电机具有体积小、重量轻、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维护性好等特点，是船舶推进电机的理想选择。第17页/共20页 科技改变的不仅是未来，还有生活.第18页/共20页谢谢观赏谢谢观赏第19页/共20页感谢您的观看！第20页/共20页