永磁同步电机的研究方向

一、永磁同步电机的研究方向

一、同步电机优缺点和应用场合

1、同步电机的优点

①功率因数高：这个优点的具备与电机的应用的工作原理有关，是因为工作原料非常科学，素以电机才能够到较高的功率因数，能够一下功能方面取得很好的表现。

②运行效率高：凭借着应用的科学工作原理，以及相对比较先进的产品技术，同步电机具备着运行效率高这个优点，这样一来电机在功能方面就非常高效，可以以高效的功能发挥，充分优化设备的运行。

③稳定性好：这个类型电机，在性能及结构方面都非常稳定，在能够在使用当中保持稳定结构的同时，也能够稳定发挥功能，保持统一的运行效果及功能保险。

④转速恒定：能够在转速恒定的情况下，一直在使用当中保持稳定的运转速度，并始终保持稳定的运行效果，这样电机就会在功能方面非常稳定。

2、同步电机缺点

成本相比较与异步电机而言较高。

3、同步电机的应用

同步电机的主要应用有三种，即作为发电机、电动机和补偿机。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式。小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。

二、异步电机的优缺点和应用

1、异步电机的优点

它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便、坚固耐用等一系列优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

2、异步电机的缺点

与直流电动机相比，其启动性和调速性能较差；与同步电动机相比，其功率因数不高，在运行时必须向电网吸收滞后的无功功率，对电网运行不利。但随着科学技术的不断进步，异步电动机调速技术的发展较快，在电网功率因数方面，也可以采用其他办法进行补偿。

3、异步电机的应用

作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等，大都采用三相异步电动机（Asynchronous Motor）拖动；电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电机也可作为发电机，用于风力发电厂和小型水电站等。

二、永磁同步电机控制策略研究

表贴式永磁同步电机的设计方法，包括以下设计步骤：

步骤1，确定表贴式永磁同步电机的基本结构参数，包括电机尺寸，极槽配合，结构材料，并优化定子槽口Bs0、槽宽Bs1和槽深Hs2的大小，使用有限元计算的方法使电机满足较好的电磁与机械性能；

步骤2，确定电机转子永磁体的极弧系数和削角角度α，以此来控制永磁体的形状，得出永磁体最佳的极弧系数和削角角度α的组合，具体的优化策略为使电机的削角角度α从0°开始每隔1°递增，削角角度α逐渐增大的同时，t1、t2的数值随之分别呈现出递增和递减的结果，t1、t2分别为合金护套导条外表面切向宽度和永磁体外表面切向宽度；

步骤3，根据永磁体优化后得出的极弧系数和削角角度α的形状，将每两块相邻永磁体之间的空隙使用金属导条填满，并将所有导条两端端部使用圆环将其连接为一个整体；要求永磁体和合金护套紧密贴合，在电机在一定转速运行时，合金护套为永磁体提供足够的支撑力，避免永磁体受离心力的作用而损坏；

步骤4，电机转子合金护套与永磁体紧密配合并安装于转轴上，所设计合金护套为内嵌式，而电机的气隙磁密与气隙长度成反比，较大的气隙长度不利于电机磁密的提升，电机磁密可以表示为下式：

式中，Fδ为气隙磁动势，Λ为气隙磁导，Kδ为气隙系数，μ0为气隙磁导率；

步骤5，表贴式永磁电机强度分析可使用材料力学中旋转圆盘和厚壁圆筒理论建立机械稳定方程，为保证护套和永磁体的安全可靠，护套和永磁体所受的最大拉力要小于材料的许用应力，护套和永磁体σSleeve所受拉力σPM、σSleeve表示为：

σPM＝σp+σt1-σc1＜[σ1]

σSleeve＝σp+σc2＜[σ2]

式中，σp为永磁体和护套之前的装配应力，由护套过盈装配所致；σt1为永磁体与转子铁芯的拉力，由二者之间的粘合剂所产生；σc1、σc2分别为永磁体和护套受到的离心拉力，由转子转动所致；[σi]为材料的许用应力，σsi为材料的抗拉强度，n为材料安全系数；新型内嵌式合金护套需要使用有限元计算的方法来对护套强度进行分析校验；

步骤6，永磁体在高温作用下会产生不可逆退磁，为避免永磁体在运行状态下失磁，需要对转子永磁体的涡流损耗进行控制；

步骤7，电机的定转子设计完成后，需要对电机的各方面性能进行进一步校验，验证电机是否满足设计要求，如果不满足，需要检查电机参数并返回到步骤2、3、4、5、6重新进行设计。

进一步，所述步骤2中，经过对永磁体切削角度的优化，当α为12.5度时，空载气隙磁密中的30次谐波和反电势中的3次谐波基本被消除，波形也更接近正弦曲线。

进一步，所述步骤2中还包括，永磁体和合金护套的宽度可以通过控制t1和t2的来调节，具体的调节方式为：当增加t1的值时，由于t1与t2的和为一个常数，t2得值随之减小，由此永磁体和护套导条的宽度比例随之发生改变，永磁体和合金护套不同的宽度配合具有不同的电磁和机械性能；同时永磁体的极弧系数可以通过控制t1来调节，不同的极弧系数也可以表现出不同的电机性能。

三、永磁同步电动机的国内外研究现状和现状

永磁同步电机能量转换效率为90%-95%。

永磁同步电机转子的速度一定等于定子的同步速度，且转子是磁性很强的永磁体，磁场并不会消失，所以叫做“永磁同步电机”。

四、永磁同步电机研究意义

因为永磁不容易受其他因素影响，不容易消磁，就可以保持磁性。

五、永磁同步电动机的国内外发展现状

永磁同步电机是中国的。

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