永磁同步电机的工作原理及动态图像分析

电机(俗称“电机”)是指根据电磁感应定律实现电能转换或传输的电磁装置。在电路中用字母m表示。其主要功能是产生驱动力矩，可作为电器或各种机器的动力源。发电机在电路中用字母g表示。它的主要功能是将电能转化为机械能。

电机主要由产生磁场的电磁铁绕组或分布式定子绕组、旋转电枢或转子等附件组成。在定子绕组旋转磁场的作用下，电流通过电枢鼠笼铝框，被磁场旋转。

定子(固定部件)

定子铁芯：电机磁路的一部分，其上放置定子绕组；

定子绕组：是电机的电路部分，馈以三相交流电产生旋转磁场；

底座：固定定子铁芯和前后端盖支撑转子，起到保护和散热作用；

转子(旋转部件)

转子铁芯：转子绕组作为电机磁路的一部分，置于铁芯槽内；

转子绕组：切割定子的旋转磁场产生感应电动势和电流，形成电磁转矩使电机旋转；

1.直流电动机

DC马达是一种旋转机器，它将DC能量转换成机械能(DC马达)，或者将机械能转换成DC能量(DC发电机)。是一种可以实现直流电能和机械能相互转换的电机。当它作为电机运行时，它是DC电机，将电能转换成机械能；当发电机运行时，它是DC发电机，将机械能转化为电能。

DC电机物理模型图

2.永磁电机

永磁电机是利用永磁体提供磁场的电机。电机做功需要两个条件，一个是磁场的存在，另一个是磁场中有运动电流的存在。

电机的剖视图显示了它的工作原理

与异步电机相比，永磁同步电机具有效率高、功率因数高、性能指标好、体积小、重量轻、温升低、技术效果显著等明显优势，可以提高电网品质因数，充分发挥现有电网的容量，节省电网投资。可以更好的解决电气设备中的“大马拉小车”现象。

1.效率和功率因素

异步电动机工作时，转子绕组需要从电网吸收一部分电能进行励磁，消耗电网的电能。这部分电能终被转子绕组中的电流加热所消耗，约占电机总损耗的20~30%，降低了电机的效率。转子励磁电流转换到定子绕组后为感应电流，使得进入定子绕组的电流滞后电网电压一个角度，导致电机功率因数降低。另外，从永磁同步电机和异步电机的效率和功率因数曲线(图1)可以看出，当异步电机的负载率(=P2/PN)为50%时，其运行效率和功率因数大大降低，因此一般要求在经济区运行，即负载率在75%到100%之间。永磁同步电机的转子嵌入永磁体后，由永磁体建立转子磁场。正常运行时，转子和定子磁场同步运行，转子内无感应电流和转子电阻损耗。只有这个能提高电机效率4%~50%。由于液磁电机转子没有感应电流励磁，定子绕组可能负载纯电阻，使得电机的功率因数几乎为1。从永辉同步电机和异步电机的效率和功率因数曲线(图1)可以看出，当负载率为20%时，永磁同步电机的运行效率和功率因数为c