永磁同步电机（异步起动）的性能特性

知识点：同步电机异步运行

永磁同步电机具有超高效率（一般效率超过90%，功率因数超过0.95），异步起动式的永磁同步电机无需专用控制器，机座甚至定子铁芯都可以和普通三相异步电机通用，只是转子加上磁钢使其能够同步运行就可以了，但因为很多专业的电机工程师也不了解永磁同步电机的性能特性，而使这种具有广阔应用前景的电机没有得到推广，因此本文简要介绍一下。

一、异步起动特性

1起动电流（堵转电流）：这个指标跟三相异步电机是一样的，指电机转速为0时的电流。永磁同步电机的起动电流比三相异步电机大，一般要求不大于额定电流的9.5倍。

2起动转矩（堵转转矩）：这个指标也跟三相异步电机一样，指电机转速为0时的转矩。起动电流和起动转矩的变化规律也跟三相异步电机一样，比如：增大转子电阻可以减小起动电流增加起动转矩，等等。

3最小转矩：如上面起动过程曲线所示，曲线中有个下凹，凹到最深处的转矩就是最小转矩。这是由永磁电机的发电制动转矩造成的，磁钢性能越强，发电制动转矩越大，这个凹就会越深。永磁同步电机一般要求最小转矩大于额定转矩的1.2倍。

4牵入转矩。当电机通电起动后，转速升高到接近于同步转速的时候，异步起动转矩逐渐减小，靠已经转起来的转子能量，把电机带入同步转速运行。牵入转矩一般应大于额定转矩的1.3倍。为了电机有足够的牵入转矩，转子电阻不能太大，这跟前面的起动电流和起动转矩是矛盾的，设计的时候只能兼顾，所以转子电阻既不能太大又不能太小，要刚刚好才行。

二、同步运行特性

1额定转矩状态，一般磁钢磁力越强，额定状态的效率和功率因数越大。这一点跟起动性能又是矛盾的，所以磁钢磁力不能太强，否则起动性能差；又不能太弱，否则运行性能差(功率因数太小电流太大)，磁钢的磁力也要刚刚好才行。额定性能计算单汇总如下：

------------------南牛软件6极5KW自动设计结果 永磁同步电机(异步起动)性能汇总------------------------
   线电压 380.V   频率 50.Hz   极数6极   并联支路3路   △形连接  磁化曲线文件DR510-50.B_H
   定子外径：210.00 定子内径：148.00 叠厚147.00mm 气隙宽度0.54mm  斜槽宽度为1.个定子齿距

   空载-输入功率:1002.5W 线电流:2.548A 相电流:1.471A 转速:1000.0r/min 功率因数:0.5978

   额定-输出功率:5008.8W 线电流:8.829A 转速:1000.0r/min 效率:91.185% 功率因数:0.9452
        输入功率:5493.1W 相电流:5.098A 定子电密:5.12 导条电密:0.00 端环电密:0.00A/mm2
        额定转矩47.829Nm 机械损耗42.W 定子铜耗266.18W 铁损耗86.04W
        估算温升041.4(K) 热负荷:916.3 转子铝耗0.W 杂散损耗90.W 总损耗484.22W

   起动电流:7.01倍/61.90A 起动转矩:2.30倍/109.80N.m 起动最小转矩:1.36倍/65.08N.m
   从转速810.00r/min开始，牵入同步转矩:1.46倍/69.73N.m 失步转矩:2.29倍/109.34N.m

   参考磁密(Gs)：定子齿13297.7 定子轭12990.3 转子齿13084.3 转子轭6548.1 气隙6117.0

   槽满率78.8% 导体截面积0.3318(mm^2)  20℃时绕组电阻2.809Ω
   线模周长531mm 绕组半匝长28.8cm 绕组总长1409.7米 定子绕组重4.1632kg
   转子铝重1.453kg 定子铁净重14.139kg 转子铁净重12.888kg 有效材料净重28.481kg
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2失步转矩：就是运行曲线中的最大转矩，如果负载超过了这个转矩，同步电机就要失步，无法正常工作，所以也叫过载能力。这个指标跟磁钢的两个因素有关：a磁钢磁力越强，失步转矩越大，电机过载能力越大；b磁钢漏磁多，额定性能变差而过载能力增强，原因在于，电机电流小的时候，电枢反应不明显，转子磁钢漏磁因为内部短路而没有参与和定子的相互作用；当电流加大时，电枢反应加大，转子磁钢的漏磁部分也跟定子相互作用产生了扭矩。磁钢漏磁系数为1.11时，失步转矩在功角90度的位置109Nm，磁钢漏磁系数改为1.5后，失步转矩在功角104度的位置121Nm，运行性能曲线如下图：

三、总结：永磁同步电机可以借用三相异步电机的定子和机座，只需要重新设计转子，但要运行良好，转子电阻、磁钢的磁力和漏磁系数都要刚刚好，既不能太大也不能太小，人工自己调整数据比较麻烦，用南牛软件自动设计是很方便的。

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