大功率永磁同步电动机

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/4/2,#,大功率永磁同步,(PMSM),驱动系统,1,大功率永磁同步电机,(PMSM),基本原理,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,.,2,大功率永磁同步电机,(PMSM),基本原理,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,U/V/W,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,60f/p,的约束。,同时电机自带的编码器,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，调整各项参数,.,永磁同步电机电流为正弦波波形，,180,度导通,PWM,控制,电机剖面图,控制简图,3,PMSM,基本结构,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,4,大功率永磁同步电机（,PMSM,）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,5,大功率永磁同步（,PMSM,）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,6,典型 交流感应电机变频系统,VS PMSM,系统,交流感应电机,+,变频器,Vs,永磁同步电机,+,变频器：,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。所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于,1,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。,2.,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。,3.,永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高,4.,感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机没有此问题。,5.,永磁同步电机的控制精度高。,7,典型交流感应电机变频系统,VS,PMSM,系统,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，注塑循环周期为,19.0s,，其中冷却时间为,3s,，托模进退停顿时间为,2,秒。通过电度表实际测得,HTF86X1/J2,（永磁同步）耗电量为,2.12,度，,HTF80/J1,（感应电机）耗电量为,2.75,度。计算可得，永磁同步比感应电机每小时省电,0.63,度，大约能节省,22.9,的电能。,而这台电机的功率大概不到,2,千瓦，大功率的节电效果更明显。据统计表明，注塑机里有些节能达到,40-60%,3000rpm,永磁同步效率曲线示例,感应电机效率曲线示例,8,几种电动机效率比较,15kW,4,极电动机,类型,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%,9,经济运行范围比较,电机类型,经济运行范围,25%,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,0.5,10,PMSM,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,永磁同步电机的功率,/kW,11,15,18.5,22,30,37,45,感应电动机的功率,/kW,18.5,22,30,37,45,55,75,11,大功率永磁同步电机,(PMSM),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,：抽油机、螺杆泵、水泵、风机,12,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。,武汉直驱机电,-,先进的设计和分析手段,13,武汉直驱机电技术有限公司产品介绍,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。,功率范围从,13.5kW,到,900kW,，转速范围从,30RPM,到,3000RPM,，转矩范围从,100Nm,到,60000Nm,。,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，电机均使用钕铁硼强磁材料，采用正弦波磁路设计。根据使用场合的不同，反馈元件有采用旋转变压器、编码器、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。,14,产品介绍,-,低速大扭矩直驱电机,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,计，电机转速一般在,500RPM,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，,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。,由于结构的简化,使得系统运行的更加平稳,既减少了机械连接造成的振,动,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：适合于调速场合。当客户对于性能（效率、噪声等）或体积、可靠性要求非常之高，而减速比小于,1,：,3,时，直驱电机是客户的首选。,15,产品介绍,-,异步起动永磁同步电机,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,和传统异步电机相比有明显提高。,优点：,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步电机成本高的缺点。,适用场合：,适用于不需要调速的场合，开环运行。所有,Y,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。,16,产品介绍,-,常规大功率永磁同步电机,常规永磁同步伺服电机，在,Y,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，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,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。,适应场合：所有,Y,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,电机基础上大大改善。,17,低速大扭矩永磁同步电机的应用,-,抽油机,直驱塔式抽油机,1.,直接驱动，去掉减速环节，可靠性高。,2.,旋转电机设计，电机除需定期补充润滑脂外，无需其他维护。,3.,系统效率高，节能显著。,4.,良好的系统可调节性。,18,异步起动永磁同步电机的应用,-,磕头机改造项目,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,19,低速大扭矩永磁同步电机的应用,-,直驱螺杆泵,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，电机直接驱动，可无级调速，软启动，符合螺杆泵负载特性、无需功率储备。系统效率大大提高,20,常规大功率永磁同步电机的应用,-,变频泵,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、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，降低电能损耗。,21,客户选择电机流程图,22,