永磁同步電機的工作原理及動態圖像分析

電機(俗稱“電機”)是指根據電磁感應定律實現電能轉換或傳輸的電磁裝置。在電路中用字母m表示。其主要功能是產生驅動力矩，可作為電器或各種機器的動力源。發電機在電路中用字母g表示。它的主要功能是將電能轉化為機械能。

電機主要由產生磁場的電磁鐵繞組或分布式定子繞組、旋轉電樞或轉子等附件組成。在定子繞組旋轉磁場的作用下，電流通過電樞鼠籠鋁框，被磁場旋轉。

定子(固定部件)

定子鐵芯：電機磁路的一部分，其上放置定子繞組；

定子繞組：是電機的電路部分，饋以三相交流電產生旋轉磁場；

底座：固定定子鐵芯和前后端蓋支撐轉子，起到保護和散熱作用；

轉子(旋轉部件)

轉子鐵芯：轉子繞組作為電機磁路的一部分，置于鐵芯槽內；

轉子繞組：切割定子的旋轉磁場產生感應電動勢和電流，形成電磁轉矩使電機旋轉；

1.直流電動機

DC馬達是一種旋轉機器，它將DC能量轉換成機械能(DC馬達)，或者將機械能轉換成DC能量(DC發電機)。是一種可以實現直流電能和機械能相互轉換的電機。當它作為電機運行時，它是DC電機，將電能轉換成機械能；當發電機運行時，它是DC發電機，將機械能轉化為電能。

DC電機物理模型圖

2.永磁電機

永磁電機是利用永磁體提供磁場的電機。電機做功需要兩個條件，一個是磁場的存在，另一個是磁場中有運動電流的存在。

電機的剖視圖顯示了它的工作原理

與異步電機相比，永磁同步電機具有效率高、功率因數高、性能指標好、體積小、重量輕、溫升低、技術效果顯著等明顯優勢，可以提高電網品質因數，充分發揮現有電網的容量，節省電網投資?？梢愿玫慕鉀Q電氣設備中的“大馬拉小車”現象。

1.效率和功率因素

異步電動機工作時，轉子繞組需要從電網吸收一部分電能進行勵磁，消耗電網的電能。這部分電能終被轉子繞組中的電流加熱所消耗，約占電機總損耗的20~30%，降低了電機的效率。轉子勵磁電流轉換到定子繞組后為感應電流，使得進入定子繞組的電流滯后電網電壓一個角度，導致電機功率因數降低。另外，從永磁同步電機和異步電機的效率和功率因數曲線(圖1)可以看出，當異步電機的負載率(=P2/PN)為50%時，其運行效率和功率因數大大降低，因此一般要求在經濟區運行，即負載率在75%到100%之間。永磁同步電機的轉子嵌入永磁體后，由永磁體建立轉子磁場。正常運行時，轉子和定子磁場同步運行，轉子內無感應電流和轉子電阻損耗。只有這個能提高電機效率4%~50%。由于液磁電機轉子沒有感應電流勵磁，定子繞組可能負載純電阻，使得電機的功率因數幾乎為1。從永輝同步電機和異步電機的效率和功率因數曲線(圖1)可以看出，當負載率為20%時，永磁同步電機的運行效率和功率因數為c