同步电动机相较于异步电动机,具备诸多显著优势,例如高功率因数、高效率、转子参数可测、定转子间气隙较大、控制性能优良、体积小巧、重量轻便、结构简约以及高转矩 / 惯量比等。凭借这些特性,同步电动机在石油、化工、轻纺、矿山、数控机床、机器人等众多领域的应用愈发广泛,并且正朝着大功率化(高转速、高转矩)、高功能化以及微型化方向持续发展。

 

永磁同步电动机主要由定子和转子构成。其定子部分与异步电动机一致,由三相绕组以及定子铁心组合而成。而转子上则安装有预先完成磁化(充磁)的永磁体,这些永磁体无需额外施加能量,便能在其周围空间构建起磁场。这一特性不仅极大地简化了电机的整体结构,还实现了能量的有效节约。本文将从永磁同步电动机的特性入手,结合实际应用案例,深入阐述推广永磁同步电动机所能带来的综合效益。

永磁同步电机具有诸多突出优点,具体如下:

 

高效节能:永磁同步电机的转子采用永磁体制成,磁通密度高,无需励磁电流,从而消除了励磁损耗。相较于异步电机,它能有效减少定子边绕组的励磁电流以及转子边的铜、铁损耗,极大地降低了无功电流。由于定、转子磁势同步,转子铁心不存在基波铁耗,所以其效率(与有功电能相关)和功率因数(与无功电能相关)均高于异步电动机。而且,在一般设计中,永磁同步电动机即使处于轻载运行状态,也能保持较高的功率因数和效率。

机械特性优越:永磁同步电动机具备较硬的机械特性,对于因负载变化而产生的电机转矩扰动,有着很强的承受能力。其转子铁心可设计成镂空结构,以此减少转子惯量。此外,它的启动和制动时间都比异步电动机短很多,高转矩 / 惯量比的特性,让永磁同步电动机在快速响应的工作条件下,比异步电动机更具优势。

紧凑轻巧,功率密度高:永磁同步电动机的外形尺寸相较于异步电动机显著减小,重量也明显减轻。在相同散热条件以及采用相同绝缘材料的情况下,永磁同步电动机的功率密度比三相异步电动机高出两倍以上。这使得永磁同步电动机在空间有限的应用场景中,更具安装与使用优势,能够以更小的体积和重量,实现更高的功率输出。

结构简约,稳定性强:永磁同步电动机的转子结构得到极大简化,省去了复杂的绕组和滑环等部件。这种简洁的结构不仅便于日常维护,降低了维护成本与难度,而且减少了因部件繁多而可能出现的故障点,从而显著提高了电机运行的稳定性,保障了设备长时间、可靠地运行。

交流永磁伺服电机中,转子上的磁钢与铁心一般通过高温胶粘连,然而,胶水固化耗时较长。更为关键的是,电机运转时,磁钢持续经受温度变化和冲击力的影响,极易出现变形甚至脱落的状况。为攻克这一技术瓶颈,四方精心研制出 CM500 系列重载型永磁同步电动机。该电机创新性地将磁瓦胶粘工艺升级为由不锈钢套进行机械紧固。如此一来,从根本上杜绝了磁钢松脱的隐患。此项创新应用技术已成功申请专利,无疑是电机转子技术领域的重大突破,为电机行业的发展注入了新的活力 。

三相异步电动机为实现较高的功率因数,不得不将定转子间的气隙设计得极为狭小。与此同时,气隙的均匀程度对电机的安全稳定运行以及振动噪声水平有着至关重要的影响。基于此,异步电动机对零部件的形位公差以及装配同心度的要求相当严苛,在轴承游隙的选择上也缺乏足够的自由度。较大机座的异步电机一般采用油浴润滑方式的轴承,这就要求必须在规定的工作时间内及时加注润滑油。一旦出现油腔漏油或者加注不及时的情况,都将大幅加速轴承的失效进程。故而,在三相异步电动机的维修工作中,轴承的维护占据了相当大的比重。此外,由于三相异步电动机的转子存在感应电流,近年来,轴承的电腐蚀问题也受到了众多研究者的重点关注。

 

与之形成鲜明对比的是,永磁同步电动机则不存在上述这些困扰。永磁同步电动机的气隙较大,因此,那些因异步电动机气隙过小而引发的相关问题,在永磁同步电动机上并不显著。同时,永磁同步电动机的轴承采用带防尘盖的脂润滑轴承,在出厂时,轴承内已预先封入了适量的优质润滑脂,能够实现终生免维护,极大地降低了后期维护成本与难度 。

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