一、永磁同步電機基本原理

電機是以磁場為媒介進行電能和機械能相互轉換的電磁裝置。為在電機內建立進行機電能量轉換所必需的氣隙磁場，有以下兩種方法：一種是在電機繞組內通以電流來產生磁場，如普通的直流電機，同步電機和異步電機等；另一種是由永磁體來產生磁場，即永磁同步電機。

從基本原理來講：永磁同步電機與傳統電勵磁同步電機是一樣的，其唯一區別為傳統的電勵磁同步電機是通過在勵磁繞組中通入電流來產生磁場的，而永磁同步電機是通過永磁體來建立磁場的，并由此引起兩者分析方法存在差異

永磁電機和異步電機效率隨負載變化曲線如下圖

永磁電機與異步電機功率因數隨負載變化曲線如下圖

二、永磁同步電機有以下優點

永磁同步電機相比目前傳統的交流異步電機其

優點如下：

1.永磁同步電機相比交流異步電機優勢

1）效率高。這可以從三個方面說明

a）由于永磁同步電機的磁場是由永磁體產生的，從而避免通過勵磁電流來產生磁場而導致的勵磁損耗（銅耗）；

b）永磁同步電機的外特性效率曲線相比異步電機，其在輕載時效率值要高很多，這是永磁同步電機在節能方面，相比異步電機最大的一個優勢。因為通常電機在驅動負載時，很少情況是在滿功率運行，這是因為：一方面用戶在電機選型時，一般是依據負載的極限工況來確定電機功率，而極限工況是出現的機會是很少的，同時，為防止在異常工況時電機燒損電機，用戶也會進一步給電機的功率留裕量；另一方面，設計者在設計電機時，為保證電機的可靠性，通常會在用戶要求的功率基礎上，留一定的功率裕量，這樣導致實際運行的電機90%以上是工作在額定功率的70%以下，特別是在驅動風機或泵類負載，這樣就導致電機通常工作在輕載區。異步電機在75%以下負載運行時，隨著負載的降低效率越來越低；而永磁同步電動機在20%以上負載運行的效率基本接近額定效率，其效率要高于異步電機10%以上。

C）由于永磁同步電機功率因數高，減少了定子電流和定子電阻的損耗，而且在穩定運行時沒有轉子電阻損耗，進而電機總損耗降低，電機效率提高。

d）系統效率高：永磁電機參數，特別是功率因數，不受電機極數的影響，因此便于設計成多極電機（如24、32極等以上），這樣對于傳統需要通過減速箱來驅動負載電機，可以做成直接用永磁同步電機驅動的直驅系統，從而省去了減速箱，提高了傳動效率。

e）通過試驗數據可以發現，永磁同步電動機的效率可以達到正4和5.遠超13。

2）功率因數高：由于永磁同步電機在工作時不需要無功勵磁電流，不同轉速的電機功率因數均可以達到0.95以上，甚至可接近1.0，而異步電機隨著極數的增加，由于異步電機本身的勵磁特點，功率因數隨著電機極數增多越來越低，如極數為8極電機，其功率因數通常為0.6~0.8之間，即使是功率因數最高的2極電機，其功率因數在0.81~0.92之間。電機的功率因數高有以下幾個好處

a）功率因數高，電機電流小，電機定子銅耗降低，更節能；

b）功率因數高，電機配套的電源，如逆變器，變壓器等，容量可以更低，同時其他輔助配套設施如開關，電纜等規格可以更小，相應系統成本更低。

C）由于永磁同步電機功率因數高低不受電機極數的限制，在電機配套系統允許的情況下，可以將電機的極數設計的更高，相應電機的體積可以做得更小，電機的直接材料成本更低

3）電機結構簡單靈活：

a）由于異步電機轉子上需要安裝導條、端環或轉子繞組，大大限制了異步電機結構的靈活性，而永磁同步電機轉子結構設計更為靈活，如對鐵路牽引電機，可以將電機轉子的磁鋼可直接安裝在機車輪對的轉軸上，從而省去了減速齒輪箱，結構大為簡化；又如永磁風力發電機，電機做成外轉子直驅結構，電機的轉子與葉輪做成一個整體，隨葉輪一起轉動，而定子固定在支撐塔上。

b）由于永磁同步變頻調速電機參數不受電機極數的限制，便于實現電機直接驅動負載，省去噪音大，故障率高的減速箱，增加了機械傳動系統設計的靈活性

C）由于變頻調速永磁同步電機設計不受電機極數的束縛，因此可以設計成多極電機，顯現電機的極數接近或等于電機的槽數，即實現電機的節距（即線圈的跨距）接近1或等于1，可以實現集中繞組，這樣可以大大縮短電機定子繞組“無效部分”端部的長度，從而不僅大大縮短了電機長度，減小了電機的體積，特別在某些對電機軸向長度要求高場合，利用永磁同步電機多極集中繞組的特點，可以將電機設計成盤式結構，充分體現了了永磁同步電機的優勢。另一方面，隨著繞組端部大大減少，因電機繞組端部造成的銅耗也相應降低，進一步提高了電機的效率。

4）可靠性高

從電機本體來對比，永磁同步變頻調速電機與異步電機的可靠性相當，但由于永磁同步電機結構的靈活性，便于實現直接驅動負載，省去可靠性不高的減速箱；在某些負載條件下甚至可以將電機設計在其驅動裝置的內部，如風力發電直驅裝置，石油鉆機的絞車驅動裝置，從而可以省去傳統電機故障率高的軸承：大大提高了傳動系統的可靠性

5）體積小，功率密度大

永磁同步變頻調速電機體積小，功率密度大的優勢，集中體現在驅動低速大扭矩的負載時，一個是電機的極數的增多，電機體積可以縮小。還有就是：電機效率的增高，相應地損耗降低，電機溫升減小，則在采用相同絕緣等級的情況下，電機的體積可以設計的更??；電機結構的靈活性，可以省去電機內許多無效部分，如統組端部.轉子端環等，相應體積可以更小

6）壽命長

由于永磁電機效率高，損耗小，電機設計溫升較異步電機低，選用的永磁體工作溫度不小于150℃，也可以根據客戶的要求選用永磁體工作溫度不小于180℃的，確保電機在整個生命周期內不會退磁，由于溫升低，也保證了電機軸承和繞組的壽命和更高的可靠性

2.變頻動永磁同步電機比異步變頻電機的優勢

同樣都使用變頻器，永磁變頻電機不需要無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數（可達到1，甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩定運行時沒有轉子銅耗，進而可以減小風扇（小容量電機基至可以去掉風扇和相應的風摩損耗，效率比同規格普通變頻電動機可提高2～8個百分點永磁變頻電動機在20%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數，使輕載運行時節能效果更為顯著，工作效率高，較同功率的普通變頻電機平均要高5%%，比普通變頻電機要節能省電另外，永磁變頻電機會根據用戶端設備的變化，自動調頻改變電機功率，很好地匹配電機輸出功率，無論是在輕載或過載的情況下其工作效率依然保持在高水平。

3.自起動永磁同步電動機與變頻驅動永磁同步電動機的區別

1）轉子結構：自起動永磁同步電動機轉子上帶有起動繞組，即轉子鐵芯需鑄鋁或鑲嵌銅條和端環，然后裝入磁鋼，磁鋼的分布形式只能是內置式：而變頻驅動永磁同步電動機轉子無起動繞組，轉子鐵芯直接裝入磁鋼，磁鋼的分布形式可以是內置式也可是表貼式

2）起動方式：自起動永磁同步電動機可以直接接入電網運行，需全壓起動，不可降壓起動，否則無法完成起動，該電機起動電流達額定電流的9-11倍，控制柜容量要相應增加，但也可帶普通變頻器起動和運行；變頻驅動永磁同步電動機需接入驅動器方可起動和運行，起動電流小。

3）功率型譜和安裝尺寸：自起動永磁同步電動機的功率、安裝尺寸和外形尺寸完全等同于Y2系列電機；而變頻驅動永磁同步電動機可按Y2系列電動機的功率、安裝尺寸和外形尺寸生產，也可降1~3機座號生產高功率密度、體積小、成本低的更具市場競爭力的產品