简述永磁同步电机的特性

一、永磁同步电机的特性

1、电压的调节

自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2、无功功率的调节

发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。

3、无功负荷的分配

并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

二、永磁电机驱动系统具有以下优点：

1、结构简单、紧凑

永磁同步电机采用永磁体产生气隙磁场，不是像换向器电动机那样用励磁线圈产生气隙磁场，也不像感应电机那样用定子电流的励磁分量产生气隙磁场，而且结构简单、损耗小、效率高。永磁同步电机可以分为表面贴装式永磁同步电机(SPM)和内埋式永磁同步电机（IPM)两种型式。国内开发的永磁同步电机是转子铁心内部埋入永磁铁的内埋式永磁同步电机（IPM）。对IPM电机由于永磁体埋入于转子内部，铁芯对永磁体起到了较好的保护，可有效防止离心力、腐蚀以及其他生产过程中可能出现的对永磁体的损害。IPM电机具有较强的磁场凸极性，通过控制可充分利用磁阻转矩，以获得更高的转矩输出。同时，由于凸极效应而使电机的弱磁控制范围大大增加，从而使电机的转速范围大大增加。

2、高效率、高功率因数

永磁同步电机综合了传统异步电机与电励磁同步电机的优点，并可获得相似甚至超过直流电机的调速特性，在性能上得到了全面提升。永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少定子电流和定子铜耗，而且在稳定运行时没有转子铜耗，由于总损耗的降低而减小了电机冷却系统的容量，从而减小了相应的附加损耗。因而，其效率比同规格的异步电动机提高2~15个百分点。

3、动态响应与过载能力强

同步电动机比异步电动机对转矩的扰动具有更强的承受能力，能做出比较快的反应。当异步电动机的负载转矩发生变化时，要求电机的转差率也跟着变化，即电机的转速发生相应的变化，但是系统转动部分的惯性阻碍电机响应的快速性。同步电动机的负载转矩变化时，只要电机的功角做适当变化，而转速始终维持在原来的同步速不变，转动部分的惯性不会影响电机对转矩的快速响应。永磁同步电动机的最大转矩可以达到额定转矩的3倍以上，对电机系统在负载转矩变化较大的工况下稳定运行非常有利。

4、体积小与重量轻

近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高。与同转速同容量的异步电动机相比，体积和重量都有较大的减少，从而使其在许多特殊场合得到应用。

5、可靠性高、运行维护费低

与直流电动机和电励磁同步电动机相比，永磁同步电机没有电刷，简化了结构，增加了可靠性。直驱系统取消了减速机，减少了故障点，提高了系统可靠性。同时也降低了运行维护费用。

三、但是永磁同步电机也存在以下缺点：

电机造价较高；在恒功率模式下，操纵较为复杂，控制系统成本较高；弱磁能力差，调速范围有限；功率范围较小，受磁材料工艺的影响和限制，最大功率仅为几十千瓦；低速时额定电流较大，损耗大，效率较低；永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁材料磁场不可变，要想增大电机的功率，其体积会很大；抗腐蚀性差；不易装配。

四、延伸：各种电机的比较

我们先比较各种电机的发展历史，从下图我们可以看到，有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长，其产品更新换代不断，而且迄今还在应用。而自上世纪80年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与1990年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力车上获得应用。