永磁同步电机的工作原理及优势解析

【导读】永磁同步电动机具有结构简单，体积小、效率高、功率因数高等优点。永磁同步电动机已经在冶金行业（炼铁厂和烧结厂等）、陶瓷行业（球磨机）、橡胶行业（密炼机）、石油行业（抽油机）、纺织行业（倍捻机、细纱机）等行业的中、低压电动机中获得业绩，并逐步积累设计和运行经验。

工作原理

永磁同步电动机的启动和运行是由定子绕组、转子鼠笼绕组和永磁体这三者产生的磁场的相互作用而形成。电动机静止时，给定子绕组通入三相对称电流，产生定子旋转磁场，定子旋转磁场相对于转子旋转在笼型绕组内产生电流，形成转子旋转磁场，定子旋转磁场与转子旋转磁场相互作用产生的异步转矩使转子由静止开始加速转动。

在这个过程中，转子永磁磁场与定子旋转磁场转速不同，会产生交变转矩。当转子加速到速度接近同步转速的时候，转子永磁磁场与定子旋转磁场的转速接近相等，定子旋转磁场速度稍大于转子永磁磁场，它们相互作用产生转矩将转子牵入到同步运行状态。在同步运行状态下，转子绕组内不再产生电流。此时转子上只有永磁体产生磁场，它与定子旋转磁场相互作用，产生驱动转矩。

由此可知，永磁同步电动机是靠转子绕组的异步转矩实现启动的。启动完成后，转子绕组不再起作用，由永磁体和定子绕组产生的磁场相互作用产生驱动转矩。

优点

1、损耗低、温升低

由于永磁同步电动机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗，即铜耗；转子运行无电流，显著降低电动机温升，在相同负载情况下温升低20K以上。

2、功率因数高

永磁同步电动机功率因数高，且与电动机级数无关，电动机满负载时功率因数接近1，这样相比异步电动机，其电动机电流更小，相应地电动机的定子铜耗更小，效率也更高。而异步电动机随着电动机级数的增加，功率因数越来越低。而且，因为永磁同步电动机功率因数高，电动机配套的电源（变压器）容量理论上是可以降低，同时可以降低配套的开关设备和电缆等规格。

3、效率高

相比异步电动机，永磁同步电动机在轻载时效率值要高很多，其高效运行范围宽，在25%～120%范围内效率大于90%，永磁同步电动机额定效率可达现行国标的1级能效要求，这是其在节能方面，相比异步电动机最大的一个优势。实际运行中，电动机在驱动负载时很少以满功率运行。其原因是：一方面，设计人员在电动机选型时，一般是依据负载的极限工况来确定电动机功率，而极限工况出现的机会是很少的，同时，为防止在异常工况时烧损电动机，设计时也会进一步给电动机的功率留裕量；另一方面，电动机制造商为保证电动机的可靠性，通常会在用户要求的功率基础上，进一步留一定的功率裕量。这样就导致实际运行的电动机，大多数工作在额定功率的70%以下，特别是驱动风机或泵类负载，电动机通常工作在轻载区。对异步电动机来讲，其轻载效率很低，而永磁同步电动机在轻载区，仍能保持较高的效率。

4、其它优势

永磁同步电动机还具有高启动转矩、启动时间较短、高过载能力的优点，可以根据实际轴功率降低设备驱动电动机的装机容量，节约能源同时减少固定资产的投资。永磁同步电动机控制方便，转速恒定，不随负载的波动、电压的波动而变化，只决定于频率，运行平稳可靠。由于转速严格同步，动态响应性能好，适合变频控制。永磁同步电动机的安装外形尺寸符合IEC标准，可以直接替换三相异步电动机，防护等级可以做到IP54和IP55，个别厂家还生产防爆型永磁同步电动机。