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为您浅谈介绍同步磁阻电机

发布时间:

2021/09/15 00:00

无永磁同步开关磁阻电机。开关磁阻电机或者同步磁阻电机这是一种无永磁。传统电机的转矩或者说电机功率是由永磁转矩,加上磁阻转矩组成的。其中永磁转矩就是由永磁体提供的这个转矩。那现在永磁体价格是特别贵,无永磁就是把永磁体去掉,不要这个永磁转矩,但是可以通过某些设计来扩大磁阻转矩以达到和这个永磁电机相近的一个性能。这是低成本的一个技术路径,同时不受永磁体温度的限制,所以转子可以温度非常高。它的缺点是功率一般会小于永磁电机,所以为其配套的电机驱动器的成本会增加,还有就是噪音的问题。所以无永磁电机一般适用于性能并不敏感,但是成本敏感的场景,比如说中低端小型车。

内置永磁同步磁阻电机。在上文中,我们提到交流电机主要有永磁同步电机、感应异步电机、磁阻电机。其中,磁阻电机在乘用车上应用很少,因此我们没有详细介绍。磁阻电机与永磁同步电机的主要区别在于,转子内没有永磁体,没有磁场,完全依靠定子磁场,基于产生转矩。磁阻电机几乎没有反电动势、弱磁控制等问题,但是转矩较小、脉动较大,在一定程度上与永磁同步电机互补,扩展了电动机的区间。

答:同步磁阻电机与异步电机相比,主要有以下几方面的不同:一是同步磁阻电机比异步电机能效高,这是同步磁阻电机替代异步电机的驱动力;二是同步磁阻电机目前处于市场推广期,产品制造成本较高,在原材料方面,国内稀土资源丰富,随着产品规模化生产,未来存在一定的降本空间;在技术方面,国内外水平相近,目前部分国产的同步磁阻电机在风机、水坝等行业有应用;三是同步磁阻电机需要配变频器驱动,而部分异步电机可以不用变速器驱动,如果同步磁阻电机大批量替代异步电机,对变频器会是一个刚性需求市场。

内置永磁同步磁阻电机。在上文中,我们提到交流电机主要有永磁同步电机、感应异步电机、磁阻电机。其中,磁阻电机在乘用车上应用很少,因此我们没有详细介绍。磁阻电机与永磁同步电机的主要区别在于,转子内没有永磁体,没有磁场,完全依靠定子磁场,基于产生转矩。磁阻电机几乎没有反电动势、弱磁控制等问题,但是转矩较小、脉动较大,在一定程度上与永磁同步电机互补,扩展了电动机的区间。

同步磁阻电机VS工业宠儿——永磁同步电机:转子上没有永磁体,成本更低,解决了无弱磁难和失磁问题,长期使用,效率更稳定,在体积与重量没有严格要求的场合可完全替代永磁同步电机。

相比于异步电机,ipm不需要对转子励磁,减小转子铜损。(因为转子一般散热都比较难)当然,我觉得异步电机也是一个好选择,典型代表是。异步电机相比于同步机的好处就是稳定,不怕失步,不怕退磁。可以对转子任意励磁,这样不怕转子电动势的反冲。另外,开关磁阻电机也是一种常见选择,它扭矩大,无需永磁铁,可以用作轮毂直驱。

步磁阻电机成本低,相较开关磁阻电机成本可以下降30%左右。同步磁阻电机跟普通电机价格相当,但是效率高5%。

由于转子上没有鼠笼导条、磁钢,且转子冲片大面积的磁障开槽,使得同步磁阻电机转子具有较小的转动惯量。相同规格下,同步磁阻电机转动惯量仅为异步电机的30%左右,对于加速响应能力要求较高的场合,如挤塑机,可显著降低电机过载倍数要求,降低变频器电流模块规格,节约用户成本,同时加快生产效率。

将永磁体嵌入磁阻电机的转子槽中,该方案的主要壁垒在于永磁体的数量、尺寸、形状、位置等。内置永磁同步磁阻电机在低转速工况下近似永磁同步电机,在高转速工况下近似磁阻电机。转子永磁体的V型结构可调节磁阻转矩,缓解高转速工况下的反电动势问题。在高转速工况下,尽可能将定子旋转磁场与转子磁场对齐,从而大幅削弱反电动势,这种设计的主要壁垒在于复杂的电机控制策略。

磁障的永磁同步磁阻电机,磁障中不插入永磁体时可视为同步磁阻电机来进行分析,其形与形磁障结构及转子磁密分布如图2所示。

将永磁体嵌入磁阻电机的转子槽中,该方案的主要壁垒在于永磁体的数量、尺寸、形状、位置等。内置永磁同步磁阻电机在低转速工况下近似永磁同步电机,在高转速工况下近似磁阻电机。转子永磁体的V型结构可调节磁阻转矩,缓解高转速工况下的反电动势问题。在高转速工况下,尽可能将定子旋转磁场与转子磁场对齐,从而大幅削弱反电动势,这种设计的主要壁垒在于复杂的电机控制策略。

将永磁体嵌入磁阻电机的转子槽中,该方案的主要壁垒在于永磁体的数量、尺寸、形状、位置等。内置永磁同步磁阻电机在低转速工况下近似永磁同步电机,在高转速工况下近似磁阻电机。转子永磁体的V型结构可调节磁阻转矩,缓解高转速工况下的反电动势问题。在高转速工况下,尽可能将定子旋转磁场与转子磁场对齐,从而大幅削弱反电动势,这种设计的主要壁垒在于复杂的电机控制策略。

电机之间的划分,一方面是永磁同步电机,即无刷电机,它们又可以分为表贴永磁电机和内置永磁电机,后者也称为IPM,广泛用于汽车行业,因为与其他结构类型相比,它们允许利用磁阻扭矩分量,提率并扩展速度范围。另一方面,也有内部没有磁铁但转子中有绕组的绕线转子同步电动机。带有鼠笼转子的异步电机,因其低成本、高运行温度和驱动控制的用户友好性而备受赞誉。,磁阻电机仅利用磁阻来产生扭矩,其特点是转子简单。

永磁同步电机也是一类同步电机,其中的磁场由生成正弦反电动势的永磁体来激发。它与任何旋转电机一样,基本都是由转子与定子等部件组成。它的结构也相似于同步电机,但的差别就在于转子,转子安装了永磁体来生成磁场,因此,不需要在转子上缠绕任何励磁绕组。

因此,考虑开展混合式永磁磁阻电机的设计,即在永磁磁阻电机的转子磁路结构中,使用铁氧体永磁体和钕铁硼稀土永磁体两种材料,提升电机永磁转矩比例,进而提升永磁同步电机的转矩密度。同时,利用铁氧体与钕铁硼温度系数相反的特性,提高该类电机高温下的性能,降低退磁风险。

采用矢量控制的永磁同步电机转矩脉动很小,转动平稳,在低速下也能输出大力矩。而直流无刷电机控制简单,成本更低。下图为一个带有磁编码器的永磁同步电机,更高端一些的电机大多采用光电编码器,可以以更高的精度输出转子的位置,从而控制器可以更精确的控制转子的转动。

公司启动了同步磁阻电机的研发,并于2017年与合作,近期获得了突破性进展。研制的同步磁阻电机性能优异,特性稳定,一致性好。

除此之外,电机磁障的极弧系数对输出转矩也有着较为明显的影响。在永磁体长度随之改变的情况下,极弧系数增大,永磁体用量增多,电机永磁转矩则明显增大,电机的总输出转矩进而增大。因其结论与同步磁阻电机一致,在此不做赘述。

可变磁阻步进电机:它们的铁芯转子被吸引到定子磁极,并通过定子和转子之间的最小磁阻提供运动。永磁步进电机:它们具有永磁转子,根据施加的脉冲排斥或吸引定子。混合式同步步进电机:它们是可变磁阻和永磁步进电机的组合。

对于永磁磁阻电机,增加多层磁障后,电机交直轴的磁阻将随之改变,也就是电机的凸极率随之改变,进而影响电机的磁阻转矩占比。需要注意的是当交直轴电感的差值改变,而不是单纯增加直轴电感或者减少交轴电感时,磁阻转矩值才会改变。而电机的功率因数也将随着交轴电感与直轴电感比值的增大而增大。

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