异步电机，永磁同步电机的性能，效率比较

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1异步交流伺服电机比同步交流伺服电机控制更复杂

标准答案

回复 19# xyl

非常感谢您的信任，现将个人对此问题的一点粗浅认识说说，错误之处还请大家指正。
1 通常情况下，变频调速系统多为在基频以下是恒转矩调速，在基频以上是恒功率调速。这是众所周知的。
2  先说说基频以下，两种电机的情况。如果负载转矩恒定不变，这就要求在调速过程中电机的最大电磁转矩不能低于负载转矩，对永磁同步机来讲，由于磁场是由永磁体建立的，其大小基本不变，只要在磁极下面对应的电枢导体内通入电流（交轴电流）即可产生转矩，转矩的大小只取决于电流（严格说是交轴电流）大小，与转速（频率）无关，无论转速（频率）多低，只要是电流大小不变，转矩就不变，因此，理论上永磁电机可以在零频率下仍能产生和其他频率时同样的转矩，这也就是说永磁电机特别能“适用于低速启动”！其调速范围可以从零频率开始！再看异步电机，其磁场是由定子激磁建立的，但转矩是由磁场旋转从而在转子中感应出的电流与磁场相互作用产生的，当转速（频率）极低时，磁场转速就非常低，致使转子中电流很小，产生的转矩也就很小，也就是说，异步电机的电磁转矩不仅与定子电压有关，还与频率有关，举个极端的例子，异步电机在频率为0时是没有电磁转矩的，也就不能在极低频时以恒转矩启动。因此异步电机在基频以下恒转矩运行时，频率不能过低，否则电磁转矩将小于负载转矩从而使电机停转。异步电机变频调速有一个最低频率（通常不低于20~30Hz）。综上所述，永磁同步电机与异步电机相比，在低速（特别是极低速）时，永磁电机具有更宽的调速范围，适用于低速启动。
3 再说基频以上调速，对两种电机来讲，频率超过基频时都存在反电势增高问题，需要通过电枢弱磁，只不过异步机弱磁比较容易而永磁机较困难，系统可以达到的最高转速除了受机械安全、器件开关频率、铁耗等因素制约外（这些因素与本话题无关，不做讨论），最重要的是受弱磁因素的制约，因为弱磁是需要超前（按电动机惯例规定正方向）的无功的，也就是需要变频器有足够大的容量，由于永磁电机弱磁比较困难，即产生同样的弱磁效果需要更大的无功电流，因此，在高速时永磁电机需要容量更大一些的变频器，这一点与异步电机相比似乎调速范围会窄一些，但由于异步电机在低速时仍需要无功励磁，因此异步电机的变频器也必须有足够的容量来保证低速运行，因此用同样容量的变频器来驱动永磁电机也是可以满足高速调速的需要了。况且如果需要系统在高速有更大的调速范围，可以有针对性地专门设计永磁电机，使其空载反电势设计的较低，就可以保证调速范围。因此在高速时，异步机会略好于永磁机，但优势不是太明显，而且可以通过优化来解决高速范围不够的问题。
4 由于调速范围通常是以调速比来表征的，永磁电机可以在0到较高转速间任意调速，而异步电机只能在某一转速以上至一个更高转速间任意调速，从二者的调速比来看，永磁电机还是略胜一筹的。综上所述我认为“永磁同步电机具有比异步电机更宽的调速范围，适用于低速启动。”还是有一定的科学道理的！

fengxingyun

看了上面标准答案的回答，学到了很多，非常感谢。
下面提点不同意见，以供商榷。
1.低速时的异步电机启动问题，我觉得可以通过提高电压来解决（可以在电压补偿的基础上，个人意见）。我见过GE 公司一套交流传动系统（笼型异步电机），在较低频率下（几个Hz）实现了最大转矩输出（具体实现的控制策略没有见到）。虽然理论上永磁电机可以在零频率下产生和其他频率时同样的转矩，但也只是在这一个瞬时。一旦电机运转，频率必须要随之改变了。我觉得两者相比，并无明显好坏之分（特殊设计目的除外）。
2.基频以上调速，虽然理论上永磁可以无限大，但目前比较实用的调速范围也只有3左右，若再大，变频器的劣势就非常明显，即使反电动势设计小一点，但是代价是运行性能变差，而且需要考虑到直轴电流的去磁问题。而异步电机基本上转速范围受变频器输出频率影响更大，即调速范围可以更加宽一些。
3.同样一种交流传动系统，如果转折转速设计较低，永磁电机的体积优势就不是很明显，而且变频器会相当困难（一定体积、容量），如果转折转速设计较高，低速下，若要达到最大转矩，必须把电机容量放大，也是相当麻烦。采用异步电机则会相对简单一些。
个人拙见，不对之处，敬请见谅。

xyl

回复 22# 标准答案


    李师爷，非常感谢您的解答，很受用！   

我还有一些问题，要再琢磨琢磨 ！ 到时再向您请教！

再次对李师爷  和 fengxingyun兄表达感谢！

xyl

回复 20# 蓝白蓝黑


    兄弟是 常州牵引电机厂的？   你们做的永磁电机是给多大时速的车座配套的  ，是南车还是北车的啊？

xyl

觉得fengxingyun 兄的观点很有意义  也希望大家能就这个问题继续说说

allerfr

读完这些帖子，感觉收获很大！希望大家能继续这个话题。
小弟有个问题：永磁同步电机电机低速轻载时效率很低，是不是无用功的相对值大了导致其效率低？换句话说，在电机额定运行点其损耗功率绝对值要比低速轻载时大，但是其相对于电机输入功率的相对值反而要比低速轻载时小，所以效率高。  

不知这样理解是否正确？请各位前辈明示！

xzkiss4

回复 27# allerfr
永磁同步电机在基速以下，如果输出扭矩相同，电流偏差一般不会很大，也就是铜耗基本相同，随着转速升高机械损耗和铁损明显增加，所以损耗的绝对值是比低速明显增大的，但是由于低速时本身功率就很小在扭矩要求很大的时候电流产生的铜耗已经足够把效率拉低了，低速时功率因数是不可能很高的。何为轻载？功率小，扭矩也小？那效率相对还可以不会太低。低速大扭矩时是肯定很低的75%上下吧！

zy2000

回复 28# xzkiss4


    你有做过试验吗？其实不是这样的。

zy2000

回复 20# 蓝白蓝黑
请问贵公司是？

波仔

同样功率的永磁电机和异步电机相比较体积小，也就是功率密度大。同时，永磁电机效率高，功率因数高，调速平滑，但需要对应的控制系统来控制，成本高。