永磁同步電機的原理及結構

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永磁同步電機的原理及結構

1、永磁同步電機的基本工作原理

永磁同步電機的原理如下：在電動機的定子繞組中通入三相電流，在通入電流後就會在電動機的定子繞組中形成旋轉磁場，由於在轉子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據磁極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產生的旋轉磁場會帶動轉子進行旋轉，最終達到轉子的旋轉速度與定子中產生的旋轉磁極的轉速相等，所以可以把永磁同步電機的起動過程看成是由非同步啟動階段和牽入同步階段組成的。在非同步啟動的研究階段中，電動機的轉速是從零開始逐漸增大的，造成上訴的主要原因是其在非同步轉矩、永磁發電制動轉矩、矩起的磁阻轉矩和單軸轉由轉子磁路不對稱而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在這個過程中轉速是振蕩著上升的。

在起動過程中，質的轉矩，只有非同步轉矩是驅動性電動機就是以這轉矩來得以加速的，其他的轉矩大部分以制動性質為主。在電動機的速度由零增加到接近定子的磁場旋轉轉速時，在永磁體脈振轉矩的影響下永磁同步電機的轉速有可能會超過同步轉速，而出現轉速的超調現象。但經過一段時間的轉速振蕩後，最終在同步轉矩的作用下而被牽入同步。

這就是關於永磁同步電機的原理，一般這類型產品的工作原理都比較複雜，需要整體配合工作才能夠完成，否則，只要缺任何一點都不能夠順暢工作，所以我們在工作過程中要細心注意。

2、永磁同步電機的結構

一般機器上的零部件起到關鍵的作用，因此，大型機械等設備上都會對其所使用的產品結構進行一系列的觀察。永磁同步電機主要是由端蓋、轉子、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機的最大的特點是它的定子結構與普通的感應電機的結構非常非常的相似，主要是區別於轉子的獨特的結構與其它電機形成了差別。和常用的非同步電機的最大不同則是轉子的獨特的結構，在轉子上放有高質量的永磁體磁極。由於在轉子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機通常會被分為三大類：內嵌式、面貼式以及插入式，如圖1.1所示。永磁同步電機的運行性能是最受關注的，影響其性能的因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機的結構。就面貼式、插入式和嵌入式而言，各種結構都各有其各自的優點。

1）面貼式的永磁同步電機在工業上是應用最廣泛的，其最主要的原因是其擁有很多其他形式電機無法比擬的優點，例如其製造方便，轉動慣性比較小以及結構很簡單等。並且這種類型的永磁同步電機更加容易被設計師來進行對其的優化設計，其中最主要的方法是設計成近似正弦的分布把氣隙磁鏈的分布結構，將其分布結構改成正弦分布後能夠帶來很多的優勢，例如它所帶來的負面效應，能減小磁場的諧波以及應用以上的方法能夠很好的改善電機的運行性能。

2）插入式結構的電機之所以能夠跟面貼式的電機相比較有很大的改善是因為它充分的利用了它設計出的磁鏈的結構有著不對稱性所生成的獨特的磁阻轉矩能大大的提高了電機的功率密度，並且在也能很方便的製造出來，所以永磁同步電機的這種結構被比較多的應用於在傳動系統中，但是其缺點也是很突出的，例如製作成本和漏磁係數與面貼式的相比較都要大的多。

3）嵌入式的永磁同步電機中的永磁體是被安置在轉子的內部，相比較而言其結構雖然比較複雜，但卻有幾個很明顯的優點是毋庸置疑的，因為有以高氣隙的磁通密度，所很明顯的它跟面貼式的電機相比較就會產生很大的轉矩；因為在轉子永磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁後所帶來的一系列的危險的可能性就會很小，因此電機能夠在更高的旋轉速度下運行但是並不需要考慮轉子中永磁體是否會因為離心力過大而被破壞。

為了體現永磁同步電機的優越性能，與傳統非同步電機來進行比較，永磁同步電機特別是最常用的稀土式的永磁同步電機具有結構簡單，運行可靠性很高；體積非常的小，質量特別的輕；損耗也相對較少，效率也比較高；電機的形狀以及大小可以靈活多樣的變化等比較明顯的優點。正是因為其擁有這麼多的優勢所以其應用範圍非常的廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業的生產和日常生活等的各個領域。永磁同步電動機與感應電動機相比，可以考慮不輸入無功勵磁電流，因此可以非常明顯的提高其功率因素，進而減少了定子上的電流以及定子上電阻的損耗，而且在穩定運行的時候沒有轉子電阻上的損耗，進而可以因總損耗的降低而減小風扇（小容量的電機甚至可以不用風扇）以及相應的風磨損耗，從而與同規格的感應電動機相比較其效率可以提高2-8個百分點。

2、永磁同步電機的數學特性

先對永磁同步電機的轉速進行研究，在分析定子和轉子的磁動勢間的轉速關係時，n假定轉子的轉速為min,/r所以轉子的磁動勢相應的轉速也為 n r/min，所以定子的電流相應的頻率是f=60

pn,因為定子旋轉的磁動勢的旋轉速度是由定子上的電流

產生的，所以應為

可以看出轉子的旋轉速度是與定子的磁動勢的轉速相等的。

對於永磁同步電機的電壓特性研究，可以利用電動機的慣例來直接寫出它的電動勢平衡方程式

對於永磁同步電機的功率而言，同樣根據發電機的慣例能夠得到永磁同步電機的電磁功率為

對於永磁同步電機的轉矩而言，在恆定的轉速下1，轉矩和功率是成正比的，所以可以得到以下公式

永磁同步電機的原理及結構，原理要配合所有的零件進行工作；結構包括面貼式、插入式和嵌入式等，無論是哪一種，都是永磁同步電機的優勢所在。