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      行業新聞 /NEWS

      永磁電機的優缺點,您知道嗎?

      作者: 來源: 日期:2023-7-31 11:07:18 人氣:85

      永磁電機的優缺點,您知道嗎?

      01

      永磁電機

      永磁電機采用永磁體生成電機的磁場,無需勵磁線圈也無需勵磁電流,效率高結構簡單,是很好的節能電機,隨著高性能永磁材料的問世和控制技術的迅速發展.永磁電機的應用將會變得更為廣泛。


      永磁電機特點

      與傳統的電勵磁電機相比,永磁電機具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、損耗小、效率高、電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點。因而應用范圍極為廣泛,幾乎遍及航空航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。


      1、永磁直流電動機


      永磁直流電動機與普通直流電動機結構上的不同在于,前者取消了勵磁繞組和磁極鐵心,代之以永磁磁極。永磁直流電動機的特性與他勵直流電動機類似,兩者之間的區別在于主磁場產生的方式不同。前者磁場不可控,后者磁場可控。永磁直流電動機除了具有他勵直流電動機的良好特性外,還具有結構簡單、運行可靠、效率高、體積小、質量輕等特點。


      2、異步起動永磁同步電動機


      異步起動永磁同步電動機是具有自起動能力的永磁同步電動機,兼有感應電動機和電勵磁同步電動機的特點。它依靠定子旋轉磁場與籠型轉子相互作用產生的異步轉矩實現起動。正常運行時,轉子運行在同步速,籠型轉子不再起作用,其工作原理與電勵磁同步電動機基本相同。異步起動永磁同步電動機與感應電動機相比,有以下特點:

      (1)轉速恒定,為同步速。

      (2)功率因數高, 甚至為超前功率因數,從而減少定子電流和定子電阻損耗,而且穩定運行時沒有轉子銅耗,進而可減小風扇(小容量電機甚至可以去掉風扇)和相應的風摩損耗,效率比同規格感應電動機可提高 2% ~ 8% 

      (3)具有寬的經濟運行范圍。不僅額定負載時有較高的功率因數和效率, 而且在25% ~ 120% 額定負載范圍內都有較高的功率因數和效率,使輕載運行時節能效果更為顯著。這類電動機一般都在轉子上設置起動繞組,具有在某一頻率和電壓下直接起動的能力。

      (4)永磁電機體積和質量較感應電機大大縮小。如 11kW 的異步電動機質量為220kg,而永磁電動機僅為 92kg,相當于異步電動機質量的 45. 8% 。

      (5)對電網影響小。感應電動機的功率因數低,電動機要從電網中吸收大量的無功電流,造成電網的品質因數下降,加重電網變配電設備的負擔和電能損耗。而永磁電動機轉子中無感應電流勵磁,電動機功率因數高,提高了電網的品質因數,使電網中不再需要安裝無功補償裝置。

      (6)由于通常采用釹鐵硼永磁材料,因此價格高;當電機設計或使用不當時,可能出現不可逆退磁。

      (7) 加工工藝復雜,機械強度差。

      (8) 電機性能受環境溫度、供電電壓等因素影響較大。


      3、永磁無刷直流電動機


      永磁無刷直流電動機用電子換向裝置代替直流電動機的換向器,保留了直流電動機的優良特性。它既具有交流電動機結構簡單、運行可靠、維護方便等優點,又具有直流電動機起動轉矩大、調速性能好的優點。由于取消了電刷換向器,因此可靠性高;損耗主要由定子產生,散熱條件好;體積小、質量輕。


      4、調速永磁同步電動機


      調速永磁同步電動機和永磁無刷直流電動機結構上基本相同,定子上為多相繞組,轉子上有永磁體,兩者優點相似。它們的主要區別在于永磁無刷直流電動機根據轉子位置信息實現同步,而調速永磁同步電動機需一套電子控制系統實現同步和調速。


      5、永磁同步發電機


      永磁同步發電機是一種結構特殊的同步發電機,與普通同步發電機不同的是,它采用永磁體建立磁場,取消了勵磁繞組、勵磁電源、集電環和電刷等,結構簡單,運行可靠,效率高,免維護。采用稀土永磁時,氣隙磁密高,功率密度高,體積小,質量輕。但由于采用了永磁體建立磁場,因此難以通過調節勵磁的方法調節輸出電壓和無功功率。另外,永磁同步發電機通常采用釹鐵硼或鐵氧體永磁,永磁體的溫度系數較高,輸出電壓隨環境溫度的變化而變化, 導致輸出電壓偏離額定電壓,且難以調節。


      永磁電機缺點


      永磁電機(PMM)通過定子電流與轉子上或轉子內的永磁體的相互作用產生轉矩。小型低功耗電機用于IT設備,商用機器和汽車輔助設備中的表面轉子磁體是常見的。內部磁體(IPM)在電動車輛和工業電機等大型機器中很常見。


      在永磁電機中,如果不考慮轉矩脈動,定子可能采用集中(短節距)繞組,但在較大的永磁電機中,分布繞組是常見的。由于永磁電機無機械換向器,因此逆變器是控制繞組電流的關鍵。永磁電機不同于其他類型的無刷電機,它不需要電流來支撐其磁場。所以,在尺寸較小或者質量較輕的情況下,永磁電機能夠提供最大扭矩并有可能成為最佳選擇。無磁化電流還意味著“最佳點”加載時,效率更高--也就是電機表現最好的位置。


      此外,盡管永磁體在低速時帶來了性能優勢,但它們也是技術上的“致命弱點”。例如,隨著永磁電機速度的增加,反電動勢接近逆變器電源電壓,從而無法控制繞組電流。這定義了通用永磁電機的基本速度,并且在表面磁體設計中通常代表給定電源電壓的最大可能速度。


      在大于基本速度的速度下,IPM使用主動磁場弱化,其中操縱定子電流故意壓低磁通量??梢钥煽繉嵤┑乃俣确秶拗圃?:1左右。和以前一樣,這個限制可以通過減少繞組匝數和接受更大的成本和逆變器中的功率損耗來實現。


      磁場弱化的需要是速度相關的,并且不管扭矩如何都會產生相關的損失。這會降低高速下的效率,特別是在輕負載下。


      其他缺點包括由于其固有的反電動勢在故障條件下難以管理的事實。即使變頻器斷開,只要電機旋轉,電流就會持續流過繞組故障,從而導致齒槽轉矩和過熱,并且都是危險的。例如,由于變頻器停機,在高速下的磁場減弱會導致不受控制的發電,并且逆變器的直流母線電壓可能上升到危險的水平。除那些安裝釤鈷磁體永磁電機之外,操作溫度也是又一重要約束。且因逆變器故障引起的高電動機電流可引起退磁。最大速度受限于機械磁鐵的保持力。若永磁電機破損,維修其一般需回到廠房內,由于難以對轉子進行安全提取加工。最后是報廢后回收問題同樣令人頭疼,不過目前稀土材料價值較高可能使得這類材料更經濟可行。


      盡管存在這些缺點,永磁電機仍然在低速和效率方面保持無與倫比的地位,而且在尺寸和重量至關重要的情況下,它們都非常有用。




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