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永磁電機優缺點分析選擇指導

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永磁電機優缺點分析選擇指導

發布日期:2018-11-09 作者:變速電機 點擊:

永磁電機(PMM)通過定子電流與轉子上或轉子內的永磁體的相互作用產生轉矩。小型低功耗電機用于IT設備,商用機器和汽車輔助設備中的表面轉子磁體是常見的。內部磁體(IPM)在電動車輛和工業電機等大型機器中很常見。


在永磁電機中,如果不考慮轉矩脈動,則定子可能使用集中(短節距)繞組,但在較大的永磁電機中分布繞組是常見的。


由于永磁電機沒有機械換向器,所以逆變器對于控制繞組電流至關重要。


與其他類型的無刷電機不同,永磁電機不需要電流來支持其磁場。因此,如果體積小或重量輕,永磁電機可以提供最大的扭矩,并且可能是最好的選擇。無磁化電流也意味著在“最佳點”負載下效率更高-即電機性能最佳的地方。


此外,盡管永磁體在低速時帶來了性能優勢,但它們也是技術上的“致命弱點”。例如,隨著永磁電機速度的增加,反電動勢接近逆變器電源電壓,從而無法控制繞組電流。這定義了通用永磁電機的基本速度,并且在表面磁體設計中通常代表給定電源電壓的最大可能速度。


在大于基本速度的速度下,IPM使用主動磁場弱化,其中操縱定子電流故意壓低磁通量。可以可靠實施的速度范圍限制在4:1左右。和以前一樣,這個限制可以通過減少繞組匝數和接受更大的成本和逆變器中的功率損耗來實現。


磁場弱化的需要是速度相關的,并且不管扭矩如何都會產生相關的損失。這會降低高速下的效率,特別是在輕負載下。在高速公路行駛的電動汽車中,這是非常嚴重的。永磁電機經常受到電動汽車的青睞,但是在實際駕駛周期進行計算時,效率的好處是值得懷疑的。有趣的是,至少有一家著名的電動汽車制造商已經從PM切換到感應電動機。


其他缺點包括由于其固有的反電動勢在故障條件下難以管理的事實。即使變頻器斷開,只要電機旋轉,電流就會持續流過繞組故障,從而導致齒槽轉矩和過熱,并且都是危險的。例如,由于變頻器停機,在高速下的磁場減弱會導致不受控制的發電,并且逆變器的直流母線電壓可能上升到危險的水平。


除了那些裝有釤鈷磁體的永磁電機外,操作溫度是另一個重要的限制。而由于逆變器故障而產生的高電動機電流會導致退磁的最大速度受機械磁鐵保持力的限制。如果永磁電機損壞,修理它通常需要返回到工廠,因為安全地提取和處理轉子是困難的。最后,報廢時的回收也很麻煩,盡管當前稀土材料的高價值可能會使這種材料更具經濟可行性。


盡管存在這些缺點,永磁電機仍然在低速和甜點效率方面保持無與倫比的地位,而且在尺寸和重量至關重要的情況下,它們都非常有用。

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