第七章课件(一)

第七章特殊电机7.1永磁电动机7.2正弦波永磁无刷电动机7.3矩形波永磁无刷电动机

临沂大学7.4开关磁阻电动机7.1永磁电动机用永磁体取代电励磁。永磁电机可以实现无刷化。永磁电机一般为800W以下的小型和微型电机。优点是：结构简单、效率较高、运行可靠。不足之处是使用不当，如：超温、电枢反应过大、强烈振动，容易造成退磁，使电机性能下降，甚至无法使用。永磁电机中所使用的永磁材料主要有两种：铁氧体和钕铁硼。1.永磁直流电动机★永磁直流电动机的气隙磁场是由永磁体产生的。★电动机的工作原理、基本方程和性能与传统的直流电动机相同。★永磁直流电动机仍然装有换向器和电刷，使维护工作量加大，并使电动机的最高转速受到一定限制。(图8－1)2.永磁同步电动机

永磁同步电动机（图8－2）采用对称三相短距、分布绕组，定子电流为三相正弦电流，只是转子上用永磁体取代直流励磁绕组和主磁极。异步起动（图8－3、8－4）磁滞起动（图8－5、8－6）电枢放在定子上，磁极装在转子上，便可成为永磁无刷电动机。主要有矩形波永磁无刷电动机和正弦波无刷电动机两种。永磁体的装置方式用变频电源供电的永磁无刷电动机，其转子表面上的永磁体有两种装置方式，一种是表面凸出式，一种是表面插入式。（图8－7）7.2正弦波永磁无刷电动机☆电机的特点是：（1）永磁体的表面设计成抛物线形，极弧大体为120o，使永磁体所产生的气隙磁场呈正弦或准正弦分布。（2）定子绕组为短距、分布绕组；（3）定子由正弦波脉宽调制SPWM）的电压型逆变器供电，三相电流为正弦或准正弦波。采用电动机惯例，以输入电流作为定子电流的正方向。

1．电压方程（图8－8）（8－1）

对采用表面插入式永磁体的正弦波无刷电动机，。用虚拟电动势表示时，电压方程也可写成（8－2）由于，故上式亦可写成（8－3）对于转子为隐极的情况，，式（8－1）可简写为由于和、均为同相（轴方向），故式（8－4）可简写成电压方程对比式（8－3）和式（8－1），可知（8－4）（8－6）（8－5）2.电磁功率和电磁转矩把式（8－5）的代入上式，可知（8－7）

由此可得电磁转矩（8－8）正弦波永磁无刷电动机是同步电动机，其转速是通过调节供电变频器的频率和输出电压来调节的。在转折转速以下，为恒转矩运行，在转速以上，为恒功率运行。(图8－9、8－10)7.3矩形波永磁无刷电动机

矩形波永磁无刷电动机亦称为永磁无刷直流电动机。1.空载磁场分布永磁体的极弧为120o，气隙磁场分布为接近120o的矩形波。2.定子绕组的感应电动势分析时作以下假设：（1）永磁体的极弧为180o，永磁体产生的气隙磁场呈矩形波分布；（2）定子绕组为Y联结、三相整距绕组；（3）由于计算气隙较大，故电枢反应很小，可以忽略不计。（图8－11）线圈电动势（图8－12）（8－13）以代替得（8－14）相电动势（8－15）式中，C为电动势常数。该种电机，线圈电动势和相电动势都是矩形波。

3.定子电流和定子磁动势（图8－13）矩形波永磁无刷电动机的定子绕组通常由逆变器供电，输入电流为对称的三相矩形波电流。只有两相绕组导通，另外一相电流为0。（图8－14）(图8－15)定子绕组所产生的合成磁动势是一个跃进式磁动势。4.电磁转矩和电磁功率

式中，C为电动势常数。电磁功率为（8－19）（8－18）5.电压方程（8－20）式中，为两相绕组内的合成电动势，；为两相绕组电阻之和，。6.机械特性（图8－16）（8－21）

7.控制系统（图8－17）矩形波永磁无刷电动机是自控式，控制系统由电动机、变频器、位置传感器、脉冲分配器组成。开关磁阻电动机是一种定子单边激励，定、转子两边均为凸极结构的磁阻电动机，由于定子电流由变频器电源供电，电动机必须在特定的连续开关模式下工作，所以通常称为“开关磁阻电动机”。7.4开关磁阻电动机1．结构特点（图8－18）开关磁阻电动机的铁心由硅钢片叠压组成，定、转子都做成凸极式，定、转子磁极不等，通常定子六极、转子四极或定子八极、转子六极。磁极均匀分布，定子相对的磁极为一组，其上的集中绕组相串联称为一相。若定子上凸极数为

定子相数。开关磁阻电动机的转子上没有任何绕组，所以这种电动机是所有电机中结构最为简单的一种。转子的凸极数通常为偶数。2．工作原理（图8－19）通常把转子凸极轴线与定子激励相轴线相重合的位置称为对齐位置。当一相绕组通电，转子在磁阻转矩的作用下，旋转一个角度，转子磁极与对应相绕组轴线对齐，本相电源断开，下一相通电，转子在磁阻转矩的作用下，又转过一个角度，转子凸极与下一相绕组轴线对齐，依此类推，按照一定的顺序通断电，电机转子将持续转下去。气隙磁场的推移速度

（8－24）（8－26）转子转速转矩与电流（图8－20）、（图8－21）（图8－22）、（图8－23）8－1永磁同步电动机的起动方式有哪些？8－2正弦波永磁无刷电动机的结构特点有哪些？采用什么方式供电？8－3分析矩形波永磁无刷电动机定子绕组的感应电动势需要做哪些假设？8－4分析开关磁阻电动机的工作原理。+－图8－1永磁直流电动机示意图~图8－2永磁同步电动机示意图图8-3永磁同步电动机转子上的起动绕组永磁体笼型起动绕组极靴图8-4永磁同步电动机起动过程中的平均电磁转矩极间填充材料星形永磁体磁滞环图8－5采用磁滞起动时永磁同步电动机的转子图8－6采用磁滞材料的转子置于旋转磁场中时的磁滞角转子铁心永磁体转轴a)转子铁心永磁体转轴b)图8－7永磁体在转子表面的装置方式a)凸出式b)插入式轴轴轴图8－8正弦波永磁无刷电动机的相量图（为滞后）图8－9调频运行时正弦波永磁无刷电动机的运行范围恒转矩运行恒功率运行图8－10转折点B处电动机的相量图（）a)NSNSb)图8－11矩形波永磁无刷电动机的空载磁场分布a)空载磁场分布b)空载气隙磁场121′2′180o360oOSNb)150o0c)30o180o90o270o360o图8－12定子线圈和相绕组的感应电动势

的定子三相整距绕组

b)时定子表面的磁场分布c)线圈1、2和相绕组的感应电动势

1号线圈轴线×·····××××

轴a)NS150o120o45o30o90o0180o60o270o360o360o270o180o90o0090o180o270o360o图8－13定子三相绕组的感应电动势和三相矩形电流（电动机惯例）

轴×·××·×··a)NS×····×××

轴b)NS图8－14转子转角和时，定子各相带中的电流和转子上的电磁转矩a)时，为驱动转矩b)时，为驱动转矩ABCABCABCABCABCABC电动机定子ABCUV1V3V5V4V6V2VD1VD3VD5VD4VD6VD2图8－15三相桥式逆变器的主电路（定子绕组为Y联结）θ45o~105o105o~165o165o~225o225o~285o285o~345o345o~45o导通器件和相带V1(A)V1(A)V3(B)V3(B)V5(C)V5(C)V6(Y)V2(Z)V2(Z)V4(X)V4(X)V6(Y)绕组内的电流流向图8－16机械特性和电动机的容许工作范围a)机械特性b)容许工作范围a)b)长期运行间歇运行M脉冲分配器整流器逆变器矩形波永磁无刷电动机位置传感器三相交流电源ABCUV1V3V5V4V6V2VD1VD3VD5VD4VD6VD2图8－17矩形波永磁无刷电动机、变频电源和控制系统定子转子b)R1定子转子R1R2C)图8－186／4型开关磁阻电动机的结构图a)定、转子结构b)转子凸极R1处于对齐位置c)R1和R2处于对齐位置

a)11′2′2311′3′图8－19开关磁阻电动机的工作原理

a)绕组1导通时，R1、R3上受到磁阻转矩b)绕组1关断前，R1、R3达到对齐位置c)绕组2导通时，R2、R4上受到磁阻转矩a)11′2′233′NSb)11′2′233′NS