永磁同步電動機具有結構簡單,體積小、效率高、功率因數高等優點。目前,永磁同步電動機已經在冶金行業(煉鐵廠和燒結廠等)、陶瓷行業(球磨機)、橡膠行業(密煉機)、石油行業(抽油機)、紡織行業(倍捻機、細紗機)等行業的中、低壓電動機中獲得業績,並逐步積累設計和運行經驗。
1.永磁同步電動機分類
按照永磁體結構分類:表面永磁同步電動機(SPMSM)、內置式永磁同步電動機(IPMSM)。
按照定子繞組感應電勢波形分類:正弦波永磁同步電動機、無刷永磁直流電動機。
2.永磁同步電動機結構
永磁同步電動機(英文名稱為permanent mag⁃net synchronous motor,簡稱PMSM)主要是由轉子、端蓋及定子等各部件組成。永磁同步電動機的定子結構與普通的感應電動機的結構非常相似,轉子結構與異步電動機的最大不同是在轉子上放有高質量的永磁體磁極,根據在轉子上安放永磁體的位置的不同,永磁同步電動機通常被分為表面式轉子結構和內置式轉子結構。
永磁體的放置方式對電動機性能影響很大。表面式轉子結構—永磁體位於轉子鐵芯的外表面,這種轉子結構簡單,但產生的異步轉矩很小,僅適合於啟動要求不高的場合,很少應用。內置式轉子結構—永磁體位於鼠籠導條和轉軸之間的鐵芯中,啟動性能好,目前的絕大多數永磁同步電動機都采用這種結構。
3.永磁同步電動機工作原理
永磁同步電動機的啟動和運行是由定子繞組、轉子鼠籠繞組和永磁體這三者產生的磁場的相互作用而形成。電動機靜止時,給定子繞組通入三相對稱電流,產生定子旋轉磁場,定子旋轉磁場相對於轉子旋轉在籠型繞組內產生電流,形成轉子旋轉磁場,定子旋轉磁場與轉子旋轉磁場相互作用產生的異步轉矩使轉子由靜止開始加速轉動。在這個過程中,轉子永磁磁場與定子旋轉磁場轉速不同,會產生交變轉矩。當轉子加速到速度接近同步轉速的時候,轉子永磁磁場與定子旋轉磁場的轉速接近相等,定子旋轉磁場速度稍大於轉子永磁磁場,它們相互作用產生轉矩將轉子牽入到同步運行狀態。在同步運行狀態下,轉子繞組內不再產生電流。此時轉子上隻有永磁體產生磁場,它與定子旋轉磁場相互作用,產生驅動轉矩。由此可知,永磁同步電動機是靠轉子繞組的異步轉矩實現啟動的。啟動完成後,轉子繞組不再起作用,由永磁體和定子繞組產生的磁場相互作用產生驅動轉矩。
4.永磁同步電動機工作方式
發電機獲得勵磁電流的幾種方式 1、直流發電機供電的勵磁方式 這種勵磁方式的發電機具有專用的直流發電機,這種專用的直流發電機稱為直流勵磁機,勵磁機一般與發電機同軸,發電機的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環及固定電刷從勵磁機獲得直流電流。這種勵磁方式具有勵磁電流獨立,工作比較可靠和減少自用電消耗量等優點,是過去幾十年間發電機主要勵磁方式,具有較成熟的運行經驗。缺點是勵磁調節速度較慢,維護工作量大,故在10MW以上的機組中很少采用。
2、交流勵磁機供電的勵磁方式 現代大容量發電機有的采用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發電機大軸上,它輸出的交流電流經整流後供給發電機轉子勵磁,此時,發電機的勵磁方式屬他勵磁方式,又由於采用靜止的整流裝置,故又稱為他勵靜止勵磁,交流副勵磁機提供勵磁電流。交流副勵磁機可以是永磁測量裝置機或是具有自勵恒壓裝置的交流發電機。為瞭提高勵磁調節速度,交流勵磁機通常采用100——200HZ的中頻發電機,而交流副勵磁機則采用400——500HZ的中頻發電機。這種發電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內,轉子隻有齒與槽而沒有繞組,像個齒輪,因此,它沒有電刷,滑環等轉動接觸部件,具有工作可靠,結構簡單,制造工藝方便等優點。缺點是噪音較大,交流電勢的諧波分量也較大。
3、無勵磁機的勵磁方式 在勵磁方式中不設置專門的勵磁機,而從發電機本身取得勵磁電源,經整流後再供給發電機本身勵磁,稱自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自並勵和自復勵兩種方式。自並勵方式它通過接在發電機出口的整流變壓器取得勵磁電流,經整流後供給發電機勵磁,這種勵磁方式具有結簡單,設備少,投資省和維護工作量少等優點。自復勵磁方式除設有整流變壓外,還設有串聯在發電機定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發生短路時,給發電機提供較大的勵磁電流,以彌補整流變壓器輸出的不足。這種勵磁方式具有兩種勵磁電源,通過整流變壓器獲得的電壓電源和通過串聯變壓器獲得的電流源。