永磁同步電機與異步電機性能比較

　　永磁同步電機與異步電機相比，具有明顯的優勢，它效率高，功率因素高，能力指標好，體積小，重量輕，溫升低，技能效果顯著，較好地提高了電網的品質因素。那么接下來就跟隨小編來了解一下永磁同步電機與異步電機性能比較，分別從效率及功率因素、起動轉矩、工作溫升以及對電網運行的影響這四個方面來詳細解析。

　　永磁同步電機結構及工作原理

　　永磁同步電機主要是由轉子、端蓋及定子組成，一般來說，永磁同步電機的最大特點是它的定子結構與普通的感應電機的結構非常的相似，主要是區別于轉子的獨特結構與其它電機形成了差別。和常用的異步交流電機的最大不同則是轉子獨特的結構，在轉子上放有高質量的永磁體磁極。

　　永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機，永磁體作為轉子產生旋轉磁場，三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應，感應三相對稱電流，此時轉子動能轉化為電能，永磁同步電機作發電機用；此外，當定子側通入三相對稱電流，由于三相定子在空間位置上相差120度，所以三相定子電流在空間中產生旋轉磁場，轉子旋轉磁場中受到電磁力作用運動，此時電能轉化為動能，永磁同步電機作電動機用。

　　永磁同步電機特點

　?。?）本身的功率效率高以及功率因數高

　?。?）發熱小，因此電機冷卻系統結構簡單、體積小、噪聲小

　?。?）系統采用全封閉結構，無傳動齒輪磨損、無傳動齒輪噪聲，免潤滑油、免維護

　?。?）允許的過載電流大，可靠性顯著提高

　?。?）整個傳動系統重量輕，簧下重量也比傳統的輪軸傳動的輕，單位重量的功率大

　?。?）由于沒有齒輪箱，可對轉向架系統隨意設計：如柔式轉向架、單軸轉向架，使列車動力性能大大提高。

　　永磁同步電機的優勢

　　1、平均效率高

　　永磁同步電機的勵磁磁場由永磁體提供，轉子不需要勵磁電流，電機效率提高，與異步電機相比，任意轉速點均節約電能，尤其在轉速較低的時候這種優勢尤其明顯。

　　2、啟動轉矩

　　永磁同步電機采用異步起動方式，但是由于永磁同步電機在正常工作下轉子繞組無法起到相應作用，在設計永磁電機時，可使轉子繞組完全滿足高起動轉矩的要求，例如使起倍1.8倍上升到2.5倍，甚至更大。

　　3、體積小，重量輕

　　永磁同步電機使用了高性能的永磁材料提供磁場，使得永磁電機的氣隙磁場較感應電機大先增強，永磁電機的體積和重最較感應電機可以大大的縮小。

　　4、減輕電網負荷

　　由于異步電機的效率低，要滿足翰出功率的要求，勢必要從電網多吸收電能，進一步增加了電兩能量的損失，加重了電網負荷。在永磁電機轉子中無感應電流勵班，電機的功率因數高，提高了電網的品質因數使電網中不再需安裝補償器。同時，因永磁電機的高效率，也節約了電能。

　　永磁電機的轉子采用稀土永磁材料制成，用這種材料制成的永磁電機替代了普通電機對轉子的勵磁部分，消除了轉差，實現同步運轉。

　　許多工作場合電動機普遍運行在額定負載的60%左右時效率低于70%，功率因數低于0.7。而永磁同步電機在輕載時的效率仍能達到95%，功率因數也不低于0.95，節能效果相當顯著。同時永磁電機的結構簡單，溫升低，使用壽命也有明顯的提升。

　　永磁同步電機與異步電機性能比較

　　1、效率及功率因素

　　異步電機在工作時，轉子繞組要從電網吸收部分電能勵磁，消耗了電網電能，這部分電能最終以電流在轉子繞組中發熱消耗掉，該損耗約占電機總損耗的20~30%，它使電機的效率降低。該轉子勵磁電流折算到定子繞組后呈感性電流，使進人定子繞組中的電流落后于電網電壓一個角度，造成電機的功率因數降低。另外，從永磁同步電機與異步電機的效率及功率因數曲線（圖1）可以看出，異步電動機在負載率（=P2/Pn）《50%時，其運行效率和運行功率因數大幅度下降，所以一般都要求其在經濟區內運行，即負載率在75%-100%之間。

　　圖為永磁同步電動機與異步電動機的效率和功率因數

　　a、異步起動永磁同步電動機 b、異步電動機

　　永磁同步電機在轉子上嵌了永磁體后，由永磁體來建立轉子磁場，在正常工作時轉子與定子磁場同步運行，轉子中無感應電流，不存在轉子電阻損耗，只此一項可提高電機效率4%~50%。由于在水磁電機轉子中無感應電流勵磁，定子繞組有可能呈純阻性負載，使電機功率因數幾乎為1.從永徽同步電機與異步電機的效率及功率因數曲線（圖1）可以看出，永磁同步電機在負載率》20%時，其運行效率和運行功率因數隨之變化不大，且運行效率》80%.

　　2、起動轉矩

　　異步電機起動時，要求電機具有足夠大的起動轉矩，但又希望起動電流不要太大，以免電網產生過大的電壓降落而影響接在電網上的其他電機和電氣設備的正常運行。此外，起動電流過大時，將使電機本身受到過大電做力的沖擊，如果經常起動，還有使繞組過熱的危險。因此，異步電機的起動設計往往面臨著兩難選擇。

　　永磁同步電機一般也采用異步起動方式，由于永磁同步電機正常工作時轉子繞組不起作用，在設計永磁電機時，可使轉子繞組完全滿足高起動轉矩的要求，例如使起動轉矩倍數由異步電機的1.8倍上升到2.5倍，甚至更大，較好地解決了動力設備中“大馬拉小車”的現象。

　　3、工作溫升

　　由于異步電機工作時，轉子繞組有電流流動，而這個電流完全以熱能的形式消耗掉，所以在轉子繞組中將產生大量的熱量，使電機的沮度升高，影響了電機的使用壽命。

　　由于永磁電機效率高，轉子繞組中不存在電阻損耗，定子繞組中較少有或幾乎不存在無功電流，使電機溫升低，延長了電機的使用壽命。

　　4、對電網運行的影響

　　因異步電機的功率因數低，電機要從電網中吸收大量的無功電流，造成電網、翰變電設備及發電設備中有大量無功電流，進而使電網的品質因數下降，加重了電網及槍變電設備及發電設備的負荷，同時無功電流在電網、翰變電設備及發電設備中均要消耗部分電能，造成電力電網效率變低，影晌了電能的有效利用。同樣由于異步電機的效率低，要滿足翰出功率的耍求，勢必要從電網多吸收電能，進一步增加了電兩能量的損失，加重了電網負荷。

　　在永磁電機轉子中無感應電流勵班，電機的功率因數高，提高了電網的品質因數，使電網中不再需安裝補償器。同時，因永磁電機的高效率，也節約了電能。