1、利用永磁材料产生磁场钕铁硼(NdFeB)431.4KJ/m3电流通过绕组产生磁场利用电磁感应原理,将电能转换为机械能.第1页/共21页永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转子是磁钢，驱动器控制的子是磁钢，驱动器控制的U/V/WU/V/W三相电形成旋转磁场，转子三相电形成旋转磁场，转子在此磁场的作用下转动，转动速度满足公式在此磁场的作用下转动，转动速度满足公式60f/p60f/p的约束。的约束。 同时电机自带的编码器同时电机自带的编码器 旋转变压器反馈信号给驱动器，驱旋转变压器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整各
2、项参数动器根据反馈值与目标值进行比较，调整各项参数. .永磁同步电机电流为正弦波波形，永磁同步电机电流为正弦波波形，180180度导通度导通PWMPWM控制控制电机剖面图控制简图第2页/共21页以下分别为两种转子形式的永磁同步伺服电机剖面结构以下分别为两种转子形式的永磁同步伺服电机剖面结构切向式转子结构表贴式转子结构第3页/共21页大功率永磁同步电机（大功率永磁同步电机（PMSMPMSM）特点）特点功率因数高不需要无功励磁电流效率高平稳运行时没有转子电阻损耗宽高效工作区25%120%额定负载范围内轻载时节能显著可直接启动加转子鼠笼第4页/共21页大功率永磁同步（大功率永磁同步（PMSMPMSM
3、）驱动系统框图）驱动系统框图示意图稀土永磁电动机风机冷却系统速度和位置反馈变频控制柜第5页/共21页交流感应电机交流感应电机+ +变频器变频器 Vs Vs 永磁同步电机永磁同步电机+ +变频器：变频器：1.1.由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗。由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗。所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1 1的功率因的功率因数素，而感应电机的功率因素较低，尤其在负载较小的情况下。数素，而感应电机的功率因素较低，尤其在负载较小的情况下。2.2.永磁同步电机效率比同容量的感应电机效率高，同时高
4、效区永磁同步电机效率比同容量的感应电机效率高，同时高效区宽广。宽广。3.3.永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高4.4.感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机没有此问题。没有此问题。5.5.永磁同步电机的控制精度高。永磁同步电机的控制精度高。第6页/共21页一台注塑机永磁同步伺服电机在运行时的功率曲线一台注塑机永磁同步伺服电机在运行时的功率曲线两台注塑机的测试时间均为一个小时，注塑两台注塑机的测试时间均为一个小时，注塑循环周期为循环周期为19.0s19.0s，其中冷却时间为，其中冷却时间为
5、3s3s，托模，托模进退停顿时间为进退停顿时间为2 2秒。通过电度表实际测得秒。通过电度表实际测得HTF86X1/J2HTF86X1/J2（永磁同步）耗电量为（永磁同步）耗电量为2.122.12度，度，HTF80/J1HTF80/J1（感应电机）耗电量为（感应电机）耗电量为2.752.75度。计度。计算可得，永磁同步比感应电机每小时省电算可得，永磁同步比感应电机每小时省电0.630.63度，大约能节省度，大约能节省22.922.9的电能。的电能。而这台电机的功率大概不到而这台电机的功率大概不到2 2千瓦，大功率的千瓦，大功率的节电效果更明显。据统计表明，注塑机里有节电效果更明显。据统计表明，注
6、塑机里有些节能达到些节能达到40-60%40-60%3000rpm3000rpm永磁同步效率曲线示例永磁同步效率曲线示例感应电机效率曲线示例感应电机效率曲线示例第7页/共21页几种电动机效率比较几种电动机效率比较15kW,4极电动机类型类型效率效率永磁同步电动机95%96%Y系列感应电动机88%美国高效电动机89.5%美国最高效电动机93%第8页/共21页经济运行范围比较电机类型电机类型经济运行范围经济运行范围25%25%额定负载下功率因数额定负载下功率因数永磁同步电动机25-120%额定负载0.9感应电动机70-100%额定负载0.5第9页/共21页PMSMPMSM与交流感应电机的替代及比较
7、与交流感应电机的替代及比较抽油机用永磁同步电动机与感应电动机的替代关系抽油机用永磁同步电动机与感应电动机的替代关系永磁同步电机的功率/kW111518.522303745感应电动机的功率/kW18.5223037455575永磁电动机与感应电动机的参数比较永磁电动机与感应电动机的参数比较效率%功率因数起动转矩Nm启动电流A22kW, 6极永磁同步电机93.5.989704.1423.937kW, 6极感应电机91.6.885774.2427.0第10页/共21页大功率永磁同步电机大功率永磁同步电机(PMSM)(PMSM)应用场合应用场合对节能要求高的场合连续地以恒速运行：风机，泵，压缩机等负载
8、率低的场合多台电动机同步运行的场合精确调速或调速及频繁换向的场合减速比小于3，直接驱动的场合典型应用典型应用：抽油机、螺杆泵、水泵、风机第11页/共21页公司拥有基于多领域分析与仿真的开发手段，对电机及控制公司拥有基于多领域分析与仿真的开发手段，对电机及控制系统进行应力场分析，电磁场分析和温度场分析及仿真。确系统进行应力场分析，电磁场分析和温度场分析及仿真。确保开发出来的电机及驱动系统的最优化，同时最大限度的缩保开发出来的电机及驱动系统的最优化，同时最大限度的缩短设计和开发周期，在最短的周期内提供给客户最好的产品。短设计和开发周期，在最短的周期内提供给客户最好的产品。第12页/共21页 公司产
9、品分为低速大扭矩直驱电机、常规永磁同步伺公司产品分为低速大扭矩直驱电机、常规永磁同步伺服电机、异步起动永磁同步电机三大系列。服电机、异步起动永磁同步电机三大系列。 功率范围从功率范围从13.5kW13.5kW到到900kW900kW，转速范围从，转速范围从30RPM30RPM到到3000RPM3000RPM，转矩范围从，转矩范围从100Nm100Nm到到60000Nm60000Nm。 伺服电机由电机定子、转子、结构件、伺服电机由电机定子、转子、结构件、反馈元件、冷却系统等各部分组成，反馈元件、冷却系统等各部分组成，电机均使用钕铁硼强磁材料，采用正电机均使用钕铁硼强磁材料，采用正弦波磁路设计。根
10、据使用场合的不同，弦波磁路设计。根据使用场合的不同，反馈元件有采用旋转变压器、编码器、反馈元件有采用旋转变压器、编码器、霍尔等，也有采用无传感器方式。霍尔等，也有采用无传感器方式。异步起动永磁同步电机定子与其他永异步起动永磁同步电机定子与其他永磁同步电机类似，但转子一般为嵌入磁同步电机类似，但转子一般为嵌入式，除磁钢外，还设计有鼠笼。式，除磁钢外，还设计有鼠笼。第13页/共21页低速大扭矩直驱电机，去掉了传统传动系统中的减速机构，改为直接驱低速大扭矩直驱电机，去掉了传统传动系统中的减速机构，改为直接驱动客户负载，是永磁同步电机发展的方向之一，该电机一般采用多极设动客户负载，是永磁同步电机发展的
11、方向之一，该电机一般采用多极设计，电机转速一般在计，电机转速一般在500RPM500RPM以下。以下。通过直接耦合转矩电机与负载，可以显著提高机器的性能，效率提高，通过直接耦合转矩电机与负载，可以显著提高机器的性能，效率提高，更加节电，并且无需对减速器进行润滑，因此免除了高昂的维护成本，更加节电，并且无需对减速器进行润滑，因此免除了高昂的维护成本，机器能够持续运转，可为客户提供优秀的生产能力。机器能够持续运转，可为客户提供优秀的生产能力。由于结构的简化由于结构的简化, ,使得系统运行的更加平稳使得系统运行的更加平稳, ,既减少了机械连接造成的振既减少了机械连接造成的振动动, ,又使得系统由于机
12、械磨损造成的精度损失得到了有效控制。又使得系统由于机械磨损造成的精度损失得到了有效控制。 适应场合：适合于适应场合：适合于调速场合。当客户调速场合。当客户对于性能（效率、对于性能（效率、噪声等）或体积、噪声等）或体积、可靠性要求非常之可靠性要求非常之高，而减速比小于高，而减速比小于1 1：3 3时，直驱电机是客时，直驱电机是客户的首选。户的首选。第14页/共21页异步起动永磁同步电机，转子上有鼠笼设计，能够直接接工异步起动永磁同步电机，转子上有鼠笼设计，能够直接接工频电网启动，不需要变频器，大大降低了成本，而各项性能频电网启动，不需要变频器，大大降低了成本，而各项性能和传统异步电机相比有明显提
13、高。和传统异步电机相比有明显提高。优点：优点： 该电机既充分发挥了永磁同步该电机既充分发挥了永磁同步电机的优点，又一定程度上克服了永磁同电机的优点，又一定程度上克服了永磁同步电机成本高的缺点。步电机成本高的缺点。适用场合：适用场合：适用于不需要调速的场合，开环运行。所适用于不需要调速的场合，开环运行。所有有Y Y系列不带变频器的常规电机适用的地系列不带变频器的常规电机适用的地方，都适合于自启动永磁同步电机。方，都适合于自启动永磁同步电机。 第15页/共21页常规永磁同步伺服电机，在常规永磁同步伺服电机，在Y Y系列的机座号上设计，可以直系列的机座号上设计，可以直接替代用户原有使用的异步电机系列
14、，降低用户的替代成本。接替代用户原有使用的异步电机系列，降低用户的替代成本。优点：与传统驱动系统相比，永磁同步电机具有高效率、高功优点：与传统驱动系统相比，永磁同步电机具有高效率、高功率因素、高功率密度，良好的控制性能，温升低，可靠性高等率因素、高功率密度，良好的控制性能，温升低，可靠性高等优点。优点。适应场合：所有适应场合：所有Y Y系列电机调速场合，都可以用永磁同步驱动系列电机调速场合，都可以用永磁同步驱动系统代替，其成本比交流异步变频高不了多少，而性能在异步系统代替，其成本比交流异步变频高不了多少，而性能在异步电机基础上大大改善。电机基础上大大改善。第16页/共21页直驱塔式抽油机直驱塔
15、式抽油机1.1.直接驱动，去掉减速环直接驱动，去掉减速环节，可靠性高。节，可靠性高。2.2.旋转电机设计，电机除旋转电机设计，电机除需定期补充润滑脂外，无需定期补充润滑脂外，无需其他维护。需其他维护。3.3.系统效率高，节能显著。系统效率高，节能显著。4.4.良好的系统可调节性。良好的系统可调节性。第17页/共21页以节能为目的直接替换原有感应电机，用户无需做任何修改，以节能为目的直接替换原有感应电机，用户无需做任何修改，无需变频器，替换成本低无需变频器，替换成本低第18页/共21页在螺杆泵上推广使用直驱永磁同在螺杆泵上推广使用直驱永磁同步电机，省去了中间传动机构，步电机，省去了中间传动机构，
16、电机直接驱动，可无级调速，软电机直接驱动，可无级调速，软启动，符合螺杆泵负载特性、无启动，符合螺杆泵负载特性、无需功率储备。系统效率大大提高需功率储备。系统效率大大提高第19页/共21页常规大功率永磁同步电机的应用常规大功率永磁同步电机的应用- -变频泵变频泵从恒压注水和节能两个方面考虑，在油从恒压注水和节能两个方面考虑，在油田注水系统中使用大功率高速永磁同步田注水系统中使用大功率高速永磁同步电机，通过泵出口压力作为反馈信号输电机，通过泵出口压力作为反馈信号输入变频器控制板上与原设定值进行比较、入变频器控制板上与原设定值进行比较、运算从而改变电机频率，调节电机转速运算从而改变电机频率，调节电机转速方便地改变水的流量，保证水压恒定，方便地改变水的流量，保证水压恒定，降低电能损耗。降低电能损耗。 第20页/共21页客户选择电机流程图第21页/共21页
