一、永磁同步電機和異步電機效率和功率因數的比較
異步電機工作時,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。這部分電能最終被帶電流的轉子繞組中的發熱所消耗,約占電機總損耗的20~30%,直接導致電機效率降低。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于電網電壓,導致電機功率因數降低。
另外,電動汽車中永磁同步電機和異步電機的效率和功率因數曲線可以看出,當負載率(=p2/pn)<50%時,異步電機的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%-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%。同時,由于永磁同步電機轉子沒有感應電流勵磁,定子繞組可能是純阻性負載,使得電機的功率因數幾乎為1。從永磁同步電機和異步電機的效率和功率因數曲線可以看出,當永磁同步電機的負載率>20%時,其運行效率和功率因數變化不大,運行效率>80%。
二、永磁同步電機和異步電機起動轉矩的比較
起動異步電機時,要求電機有足夠的起動轉矩,但起動電流不宜過大,以免電網電壓降過大,影響其他電機和電網電氣設備的正常運行。此外,當啟動電流過大時,電機本身會受到過大的電力沖擊,如果頻繁啟動,還存在繞組過熱的危險。因此,異步電機的起動設計往往面臨兩難的境地。
一般永磁同步電機也采用異步起動方式。由于永磁同步電機正常工作時轉子繞組不工作,所以在設計永磁同步電機時,轉子繞組可以完全滿足高起動轉矩的要求,例如起動轉矩倍數可以從異步電機的1.8倍提高到2.5倍甚至更大,較好地解決了常規動力設備中“大馬拉小車”的現象。
三、永磁同步電機和異步電機工作溫升的比較
異步電機工作時,電流在轉子繞組中流動,這種電流完全以熱能的形式消耗掉,因此轉子繞組中會產生大量的熱量,使電機的溫度升高,從而嚴重影響電機的使用壽命。
至于永磁同步電機,由于其效率高,轉子繞組沒有電阻損耗,定子繞組很少或沒有無功電流,使得電機溫升低,從而延長了電機的使用壽命。
四、永磁同步電機和異步電機對電網運行影響的比較
由于異步電機的功率因數低,電機需要從電網中吸收大量的無功電流,導致電網、輸變電設備和發電設備中有大量的無功電流,從而降低了電網的品質因數,不僅增加了電網、輸變電設備和發電設備的負荷,而且消耗電網、輸變電設備和發電設備中的部分電能,導致電網效率低下,影響電能的有效利用。同樣,由于異步電機效率低,需要從電網中吸收更多的電能來滿足輸出功率的需求,這進一步增加了電能的損耗,加重了電網的負荷。
至于永磁同步電機,其轉子沒有感應電流勵磁,電機的功率因數也很高,不僅提高了電網的品質因數,也使得電網中無需安裝無功補償設備。此外,由于永磁同步電機的高效率,也節約了電網的電能。
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