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伺服电机是永磁电机还是感应?伺服都是永磁同步吗?

作者:机械网
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伺服电机是永磁电机还是感应电机?伺服电机都是永磁同步电机吗?

  

伺服电机是永磁电机还是感应电机?伺服电机都是永磁同步电机吗?

  感应电机(相比永磁电机)就是耐操,表现在几个方面。第一,(几乎)没有电枢反应,适合过载。第二,过载的时候温升可能比较高,其转子能耐受较高的温度,如果要因为太热不行,也是轴承太热先不行了吧。感应电机没有电枢反应,可以这样简单理解,定子 T 轴电流(转子磁场定向下的 q 轴电流)产生的径向磁场,都会被转子 T 轴电流产生的径向磁场所抵消。稳态时,转子只有 T 轴电流,M 轴上转子电流向量的分量为零。反过来说,永磁电机 q 轴电流很大的话,在 q 轴上就会产生一个较大的电励磁磁场,使得原来 d 轴的主磁场产生畸变,回去翻翻书本上直流电机的内容呗,不是还要专门加一个额外的绕组抵消电枢反应的嘛。(和那个辅助换向的绕组是一回事吗?)缺点嘛,就是转子导体上有电流会产生欧姆损耗,对应永磁电机转子永磁体的涡流损耗,这在低速差别比较明显,感应电机效率会差。但是如果你有减速的齿轮箱,能让电机运行于更高的转速(比如,10,000 r/min 以上),感应电机还是比较有竞争力的。再来就是感应电机比较适合弱磁,弱磁运行时不会增加额外的励磁损耗,而永磁电机需要施加额外的弱磁电流。如果弱磁运行时出现逆变器(或控制器或传感器)故障,导致无法提供弱磁电流,永磁电机就会变成一个高电压的源头,通过续流二极管,击穿母线电容,比较危险,所以最好额外添加一个断路器于永磁电机绕组端口和逆变器输出端之间。所以,可以说感应电机更适合宽范围调速。我有一个未经验证的佐证材料,各位帮我看看是不是有道理哈: 特斯拉 Model S 的极速远高于一些采用永磁电机的电动车产品,是不是和永磁电机弱磁不方便的特性有关联呢?有人可能会说永磁电机退磁是个问题,就我个人浅薄的经验,钕铁硼这一档的永磁体也还是比较耐操的,不用太担心。(当然其退磁曲线仍然是对温度比较敏感的。)永磁电机最厉害的特性,还是高转矩密度这一点,光是这么说可能听不出哪里厉害,但是实际上正是因为这一特性,高能(?)永磁体的出现,使各种新型电机成为了可能,比如轴向磁通电机,横向磁通电机,磁齿轮等等。在轴向安装空间有限的场合,几乎只能使用永磁电机。高能(?)永磁体有多厉害呢,它们使得大气隙电机成为了可能,这在感应电机那里想都不敢想,光是额定励磁电流就可能要逼你散热方面上水冷甚至超导体了哦。在设计电机的时候,感应电机的气隙磁密一般低于 0.8 T,而永磁电机则在 1.0 T 左右,所以永磁电机在选择硅钢片时,一般也要选择饱和点高一些的吧(我瞎说的)。Puzzle九虎哥在评论中提到的开关磁链电机(注意不是开关磁阻电机),属于永磁体放置于定子侧的永磁电机,是基于“磁场调制”机理的,其实就是利用谐波磁场产生转矩——所以,一般用谐波驱动的话,电机转子的极对数就较高,如果用于高速运行,电流频率高也就意味着铁耗和永磁体涡流损耗高。所以其实是不适合设计成高速电机的我认为。当然,其优点就是转子没有永磁体,机械强度高适合高速; 定子上放置永磁体方便进行散热,避免不可逆退磁。感兴趣可以参考一下 UW-Madison 的 Mingda Liu 的工作,他研究的是低极对数的开关磁链电机(high-speed low-pole flux-switching per-manent magnet (FSPM) machine)。有次给大家拿披萨的时候和 Mingda 闲聊,他说 FSPM 电机的一个问题就是定子铁芯的局部饱和问题,当然,还有高级对数问题。越说越多了,顺便附上我前两天无聊总结的一张电机类型图(不完整)好了:非最终完成版!其中,那个同步磁阻电机乍一看就是转子硅钢片千疮百孔的感觉,说这个适合牵引场合的话,还得看转子局部机械强度够不够:

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