三相永磁同步電機—高永磁同步電動機性能的技術(shù)措施

    異步起動永磁同步電動機通常用做高效節(jié)能電機，其性能指標非常重要，本節(jié)將討論提高性能指標的技術(shù)措施。嚴格來講，異步起動永磁同步電動機的交、直軸磁阻不相等，從磁路的角度看應(yīng)為凸極電機。但為便于分析，本節(jié)采用了隱極永磁同步電動機的相量圖進行分析，得出的結(jié)論同樣適用于凸極永磁同步電動機。

一、提高起動轉(zhuǎn)矩的措施

永磁同步電動機的起動轉(zhuǎn)矩由異步轉(zhuǎn)矩和發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩組成，要提高起動轉(zhuǎn)矩，必須提高異步轉(zhuǎn)矩，減小發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩。由于異步轉(zhuǎn)矩與感應(yīng)電動機中的異步轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理相同，感應(yīng)電動機中提高起動轉(zhuǎn)矩的措施仍然適用于永磁同步電動機，這些措施包括：①適當減少定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)（但可能會造成功率因數(shù)的降低和起動電流的增加）；②適當增大轉(zhuǎn)子電阻，轉(zhuǎn)子槽變窄變淺，端環(huán)截面積減小，在必要的時候采用凸形槽或刀形槽以充分利用集膚效應(yīng)。為減小發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩，應(yīng)適當減小定子繞組電阻，并控制感應(yīng)電動勢E0不要過高。圖8一27為保持某永磁同步電動機其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變時，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Ts：和起動電流倍數(shù)C隨定子每槽導體數(shù)Ns的變化曲線。圖8一28為保持其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變時，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)聰和起動電流倍數(shù)魷隨轉(zhuǎn)子槽深h，的變化曲線。可以看出，起動電流倍數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)隨每槽導體數(shù)的增加迅速減小，轉(zhuǎn)子槽面積的大小對起動轉(zhuǎn)矩的影響也很大，要提高起動轉(zhuǎn)矩，必須合理設(shè)計定、轉(zhuǎn)子繞組。

二、提高功率因數(shù)的措施

隱極永磁同步電動機的相量圖（忽略定子繞組電阻）如圖8一29所示。可以看出，相量1 IIX 、總是垂直于定子電流相量I :，要使cos滬一1 , jllX 、必須垂直于U，因此有式中，UN為額定相電壓。與E0 、 UN相比，IIX 、較小，因此要得到接近于1的功率因數(shù)，E0應(yīng)接近于外加電壓UN 。對于相電壓220V（線電壓為380V）的永磁同步電動機，額定負載時的IIXs通常為86V左右，因此要使功率因數(shù)為1，則E0為236V左右，E0值高，造成永磁體浪費。在實際中，通常保持E0小于并接近于UN以獲得接近于1的功率因數(shù)。后面的分析還表明，E0滿足這一要求還可使永磁同步電動機在不同負載下效率最高，獲得較寬的經(jīng)濟運行范圍。

三、提高效率，擴大經(jīng)濟運行范圍的措施

要提高效率、獲得寬廣的經(jīng)濟運行范圍，應(yīng)從兩方面入手，一是降低不變損耗，二是降低可變損耗。

1．降低不變損耗

永磁同步電動機的不變損耗主要包括鐵耗和機械損耗，減小鐵耗的圖主要措施是：采用損耗低的鐵心材料、降低氣隙磁密和優(yōu)化氣隙磁場波形。氣隙磁場波形優(yōu)化的目的在于減少氣隙磁場中的諧波含量，減小附加損耗，降低氣隙磁密會引起銅鐵材料用量的增加和電機體積的增大。減措施是：提高電機制造工藝水平和裝配質(zhì)量，采用合適的軸承和風扇。

1. 降低可變損耗

永磁同步電動機的可變損耗包括銅耗和雜散損耗。由于氣隙磁場波形中諧波含量高，永磁同步電動機的雜散損耗比同容量的感應(yīng)電動機大。減小雜散損耗的措施有：合理設(shè)計極弧系數(shù)、選取合適的槽配合、采用合適的繞組型式（如Y接雙層短距繞組或正弦繞組）、減小槽口寬度或采用閉口槽、適當增大氣隙長度、定子斜槽等。減小可變損耗的另一個途徑是降低定子繞組銅耗。若能使每一輸出功率對應(yīng)的定子電流最小，則可獲得盡可能高的功率因數(shù)和效率。永磁同步電動機的雜散損耗p，和輸出功率成正比，可以表示為。