永磁同步电动机低速(永磁低速同步电动机原理

1. 永磁低速同步电动机原理

爪极式永磁电机的原理简单理解是旋转磁铁吸引另一个磁铁再一 起旋转这个电机关健是爪极被线圈磁化因为是交流根据右 手定则螺线管NS极交替爪极NS也交替类似于旋转了一格 等效于旋转的磁铁。 爪极式永磁同步电机设计用途 : 电动阀门执行机构 , 医疗 器械 , 精密机械传动。

2. 永磁异步电机原理

1）一般看电机名牌，名牌表明是PMSM(permanent magnet synchronous motor)，就是永磁同步电机；2）永磁电机的特点是转子结构，转子上有永磁体是永磁电机；3）由于转子上有永磁体，可以用手转动电机轴，用示波器观测UV线电压，如果有电压，即反电动势，就是永磁电机；4）有一些制造电机的大厂家，从电机性能等方面考虑，永磁同步和异步电机的外形结构有明显的特点，当然这是需要积累一定的经验可直接看出。

3. 低速永磁同步电机结构图

永磁低速同步电动机一会正转一会反转原因如不:该永磁低速同步电动机为单相电动机，单相电动机有两组绕组，一组为启动绕组、一组是运行绕组。电动机的启动绕组应串接一电容器，这样当电机启动时启动绕组会给电机转子一个定向转矩，这样该电机就会始终定向旋转，但是当启动电容器烧坏就会出现一会正转一回反转等情况。

4. 永磁同步电动机工作原理

永磁同步电机是全国电动汽车搭载量最大的一种电机品类。它的日渐成功，主要得益于结构简单带来的电控调速的便宜性和显著占优的功率密度。

变频调速的工作原理

永磁同步电机，最基本的组成结构定子和转子。定子与异步电机转子类似，由绝缘铜线绕制而成。转子包含永磁体，并具备确定的极数，建立电机的主磁场。

5. 永磁低速同步电动机原理图解

一、主体不同

1、伺服电机：指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

2、永磁同步电机：是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。

二、原理不同

1、伺服电机：转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

2、永磁同步电机：永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。

三、特点不同

1、伺服电机：体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽，低速力矩大, 波动小，运行平稳。

2、永磁同步电机：同步，可当发电机用，电刷容易坏，电机结构复杂，造价高。

6. 永磁低速同步电动机原理图

特点与优势

优势

　　驱动系统使用永磁同步无齿曳引机。由于永磁同步无齿曳引机与传统的蜗轮、蜗杆传动的曳引机相比具有如下优点： 永磁同步曳引机

1、永磁同步无齿曳引机是直接驱动，没有蜗轮、蜗杆传动副，永磁同步电机没有作异步电机所需非常占地方的定子线圈，而制作永磁同步电机的主要材料是高能量密度的高剩磁感应和高矫顽力的钕铁硼,其气隙磁密一般达到0.75T以上，所以可以做到体积小和重量轻。 　　2、传动效率高。由于采用了永磁同步电机直接驱动（没有蜗轮蜗杆传动副）其传动效率可以提高20%～30%。 　　3、永磁同步无齿曳引机由于不存在一个异步电机在高速运行时轴承所发生的噪声和不存在蜗轮蜗杆副接触传动时所发生噪声，所以整机噪声可降低5～10db(A)。 　　4、能耗低。 从永磁同步电机工作原理可知其励磁是由永磁铁来实现的，不需要定子额外提供励磁电流，因而电机的功率因数可以达到很高（理论上可以达到1）。同时永磁同步电机的转子无电流通过，不存在转子耗损问题 。一般比异步电机降低45%～60% 耗损。由于没有效率低、高能耗蜗轮蜗杆传动副，能耗进一步降低。 　　5、永磁同步无齿曳引机由于不存在齿廓磨损问题和不需要定期更换润滑油，因此其使用寿命长，且基本不用维修。在近期如果能尽快解决生产永磁同步电机成本问题，永磁同步无齿曳引机将代替由蜗轮蜗杆传动副异步电机组成的曳引机。当然将来超导电力拖动技术和磁悬浮驱动技术也会在电梯上应用。

特点

　　1、节能、驱动系统动态性能好： 　　采用多极低速直接驱动的永磁同步曳引机，无需庞大的机械传动效率仅为70%左右的蜗轮、蜗杆减速齿轮箱；与感应电动机相比，无需从电网汲取无功电流，因而功率因数高；因没有激磁绕组没有激磁损耗，故发热小，因而无需风扇、无风摩耗，效率高;采用磁场定向矢量变换控制，具有和直流电动机一样优良的转矩控制特性，起、制动电流明显低于感应电动机，所需电动机功率和变频器容量都得到减小。 　　2、平稳、噪声低： 　　低速直接驱动，故轴承噪声低，无风扇、无蜗轮蜗杆噪声。噪声一般可低5～10分贝，减小对环境噪声污染。 　　3、建筑空间： 永磁同步曳引机

无庞大减速齿轮箱、无激磁绕组、采用高性能钕铁硼永磁材料，故电机体积小，重量轻，可缩小机房或无需机房。 　　4、寿命长、安全可靠： 　　永磁同步曳引机 　　电机无需电刷和集电环，故使用寿命长，且无齿轮箱的油气，对环境污染少。 　　5、维护费用少：刷、无减速箱，维护简单。 　　相对于有齿轮式曳引机，永磁同步曳引机具节能环保之绝对优势，此于欧洲日本早有认知，近来于中国业界亦多有论述。除以上客户端能明显体认之优点外，于安全性之层面：因结构简化，具刚性直轴制动的特点，提供全时上下行超速保护能力外，利用永磁电机的反电动势特点，实现蜗轮蜗杆之自锁功能，为电梯系统与乘客提供多层安全防护。于应用面之层面：因永磁同步曳引机小型化及薄型化特点，对电梯配置安排及与建筑物间整合空间的搭配性，大大提升，相信对建筑设计师提供更大的弹性设计空间，间接改善人于建物空间中之使用机能与品质。

编辑本段工作原理

　　同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。 永磁同步曳引机

一、

获得励磁电流的方式

　　1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。 　　2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。 永磁同步曳引机

3、无励磁机的励磁方式： 　　在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。 曳引机

与励磁电流有关特性

　　1、电压的调节 　　自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 　　2、无功功率的调节： 　　发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。 　　3、无功负荷的分配： 　　并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

自动调节励磁电流的方法

　　在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变 　　可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。

调节励磁的组成部件及辅助设备

　　自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。 　　励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。 永磁同步曳引机 　　近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

7. 永磁同步电动机的运行原理与特性如何

随着时间的延续，永磁同步电机动力会有一定程度的衰减。根据永磁同步电机工作原理可知，永磁同步电机的动力主要与电机内部磁场强度大小成正比。

随着时间的延续，永磁体本身所产生的磁场强度有一定程度的衰减。因此，永磁同步电机内部磁场强度一定会有一定程度的衰减。所以，随着时间的延续，永磁同步电机的动力肯定也会有一定程度的衰减。

8. 永磁同步电动机的控制技术

旋转变压器与电机安装时，有三种对零或者说调零的方法：

1、将电机通一直流拉倒零位，通过调零装置将旋变的定子或转子也调到零位，然后紧固；

2、用仪器测量出电机转子与旋变零位的偏差，写入控制器中；

3、在电机控制器中内置“自适应”程序，自动测量旋变与电机零位的偏差。

9. 永磁同步电动机的原理

永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。

在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。

在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。

在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。

10. 低压永磁同步电机

扁线应用于永磁同步电机的铜线绕组当中。以绝大部分新能源汽车采用的永 磁同步电机为例，电机结构包括定子组件、转子组件、基座、端盖以及其他辅助标 准件。定子组件包含了定子铁芯、铜线绕组、引出线和绝缘材料，一般与电机壳体 固定。铜线绕组又区分为传统圆线绕组以及新型扁线绕组。转子组件包含转子铁 芯、永磁体、转轴、轴承等部件，和输出转轴相连，带动齿轮驱动车辆行驶。

电机的发展始终围绕整车需求，扁线电机对传统圆线电机有碾压性的技术优 势。新能源汽车目前处于快速发展时期，产品质量快速提升，消费者对整车性能 要求越来越高。整车对电驱系统的主要需求包括：高效率，高功率密度，优秀 NVH， 高集成性和低成本；扁线电机在这 5 个技术指标上均碾压传统圆线电机。

电机绕组导线横截面积为四边形，与传统圆线电机差异明显。在扁线电机的 定子组件制造过程中，需要把绕组做成发卡形状，通过插入方式安装入定子，故 这种扁线电机又被称为发卡电机

优势一：高能量转换效率带来电池成本节约。 扁线电机能大幅度提升转换效率，降低电池成本。根据上汽绿芯频道评估， 在 WLTC 工况，扁线电机比传统圆线电机的转换效率高 1.12%；在全域平均下， 两者效率值相差 2%；在市区工况（低速大扭矩），两者效率值相差 10%。按照典 型的续航 500km 的 A 级轿车（搭载 60kwh 电池包和 150kw 电机）计算，WLTC 工况下，搭载扁线电机的电池成本节约 672 元，市区工况下，电池成本节约 6000 元。

单车千元级别的成本节约对车企意义重大。以蔚来汽车为例，2021Q1 单车 毛利 8417元，单车净利仅-2239元。在新能源车和动力电池成本仍然偏高的情况， 如何降低成本是车企的永恒追求，提高电机工作效率则是降本的有效途径之一。

铜耗降低带来扁线电机转换效率高于圆线。电机损耗的能源中，有 65%来自 于铜耗，20%来自于铁耗，10%来自于风摩损耗，5%来自于杂散损耗。而铜耗来 自于电流通过铜线时的电阻发热 Q=I2R，当槽满率越高时，相同功率电机所需要 的铜线更短，进而内阻降低，发热减少，铜耗降低。

从理论上来说，圆线的槽满率一般在约 40%左右，而扁线则可以提升至 70%。 由于圆线的截面为圆形，不可避免在导线间存在不规则缝隙，而扁线间的间隙更 小，槽满率更高。

扁线电机的高效率区间比圆线电机高出许多，圆线电机的高效区一般要求是 效率＞85%的区间占比不低于 85%，被称为“双 85”。而扁线电机的效率>90%的 区间占比不低于 90%，被称为“双 90”。 电机的效率与转速和扭矩相关，市区工况中出现的频繁启停工况属于低转速 高扭矩工况，而这正是圆线电机的低效率区间，而扁线电机在该工况下的转换效 率更高。

优势二：散热性好，提升高温动力性。 扁线电机散热性能好，温升相对圆线电机降低 10%。因扁线相对圆线更为紧 密的接触，散热性提升，研究发现高槽满率下绕组间的导热能力是低槽满率的 150%。绕组在热传导能力上具有各向异性，轴向的热传导能力是径向方向的 100 倍。更低的温升条件下，整车可以实现更好的加速性能。

优势三：高功率密度，整车动力更强劲。 电机的功率与铜含量成正相关，根据上汽绿芯频道评估，扁线电机槽满率提 升，相同体积下铜线填充量增加 20-30%，输出功率有望提升 20-30%，整车动力 更强劲。 国家政策层面倡导高电机功率密度。“十三五”规划中提出，新能源乘用车电 机功率密度应满足 4.0kw/kg，高于当前圆线电机约 3.5kw/kg 的水平。在圆线电机 功率密度提升进入困难模式的当前，发展扁线电机是必然之路，根据摩恩电气的 公告显示，当前领先企业的扁线电机的功率密度约 4.5kw/kg。

优势四：电磁噪音低，整车更安静。 扁线电机导线的应力比较大，刚性比较大，电枢具备更好的刚度，对电枢噪 音具有抑制作用；可以取相对较小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低 电机电磁噪音。

优势五：小体积带来高集成效率，契合多合一电驱发展趋势。 因扁线更高的槽满率，同功率电机铜线用量和对应定子较少，体积有望下降 30%。此外，扁线电机因更为先进绕线方式带来更易裁剪的电机端部，与圆线电 机相比减少 15-20%的端部尺寸，空间进一步降低，实现电机小型化和轻量化。

国内主流厂商大力推广扁线电机实现体积下降。上汽 ER6 的 8 层 hair-pin线电驱动系统，比上一代圆线电驱动系统体积下降 50%。目前华为的七合一电驱 包括：BCU 制动控制单元、PDU 电源分配单元、DCDC 低压直流电源转换器、 MCU 微控制单元、OBC 车载充电器、电机、减速器。

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