永磁同步電動機

      Permanent Magnet Synchronous Motor

      近些年永磁同步電動機得到較快發展,其特點是功率因數高、效率高,在許多場合開始逐步取代最常用的交流異步電機,其中異步起動永磁同步電動機的性能優越,是一種很有前途的節能電機。

      在本網“電動機系列”欄目中“同步電動機原理”一節中已講到有永久磁鐵轉子的同步電動機原理模型,本節將進一步介紹永磁同步電動機的原理與結構。

      永磁同步電動機的定子結構與工作原理與交流異步電動機一樣,多為4極形式,三相繞組按3相4極布置,通電產生4極旋轉磁場。下圖是有線圈繞組的定子示意圖。

      定子鐵芯與繞組

      下圖是裝在機座里的定子。

      機座與定子

      永磁同步電動機與普通異步電動機的不同是轉子結構,轉子上安裝有永磁體磁極,下左圖就是一個安裝有永磁體磁極的轉子,永磁體磁極安裝在轉子鐵芯圓周表面上,稱為凸裝式永磁轉子。磁極的極性與磁通走向見下右圖,這是一個4極轉子。

      凸裝式永磁轉子

      根據磁阻最小原理,也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合,利用磁引力拉動轉子旋轉,于是永磁轉子就會跟隨定子產生的旋轉磁場同步旋轉。

      下左圖是另一種安裝有永磁體磁極的轉子,永磁體磁極嵌裝在轉子鐵芯表面,稱為嵌入式永磁轉子。磁極的極性與磁通走向見下右圖,這也是一個4極轉子。

      嵌入式永磁轉子鐵芯

      下左圖也是一種嵌入式永磁轉子,永磁體嵌裝在轉子鐵芯內部,為防止永磁體磁通短路,在轉子鐵芯開有空槽或在槽內填充隔磁材料。磁極的極性與磁通走向見下右圖,這也是一個4極轉子。

      嵌入式永磁轉子鐵芯-2

      下圖為裝上轉軸的嵌入式永磁轉子

      嵌入式永磁轉子

      在轉子鐵芯兩側裝上風扇然后與定子機座組裝成整機,見下圖。

      永磁同步電動機剖面圖

      這種永磁同步電動機不能直接通三相交流的起動,因轉子慣量大,磁場旋轉太快,靜止的轉子根本無法跟隨磁場旋轉。這種永磁同步電動機多用在變頻調速場合,啟動時變頻器輸出頻率從0開始上升到工作頻率,電機則跟隨變頻器輸出頻率同步旋轉,是一種很好的變頻調速電動機。

      通過在永磁轉子上加裝籠型繞組,接通電源旋轉磁場一建立,就會在籠型繞組感生電流,轉子就會像交流異步電動機一樣起動旋轉。這就是異步起動永磁同步電動機,是近些年開始普及的節能電機。

      為了安裝籠型繞組,在轉子鐵芯疊片圓周上沖有許多安裝導電條的槽,在轉子鐵芯內部嵌裝永磁體,永磁體安裝方式有多種,也可以按前面介紹的形式安裝。這里的安裝方式見下圖,這也是一個4極轉子,為了防止永磁體的磁通通過轉軸短路,在轉軸與轉子鐵芯間加裝有隔磁材料,轉子的磁通走向見下圖左。

      籠型繞組永磁轉子鐵芯

      籠型轉子有焊接式與鑄鋁式:在轉子每個槽內插入銅條,銅條與轉子鐵芯兩側的銅端環焊接形成籠型轉子;與普通交流異步電動機一樣采用鑄鋁式轉子,將熔化的鋁液直接注入轉子槽內,并同時鑄出端環與風扇葉片,是較廉價的做法,下圖是一個鑄鋁式籠型轉子。

      籠型繞組永磁轉子

      把轉子與定子、機座等部件進行組裝,組裝成的整機剖面圖見下圖。

      籠型繞組永磁同步電動機剖面圖

      異步起動永磁同步電動機可以直接接通三相交流電源使用,方便又節能。

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