电机学第八章课件.ppt

1、第八章 永磁电动机和开关磁阻电动机,8.1 永磁电动机,8.2 正弦波永磁无刷电动机,8.3 矩形波永磁无刷电动机,临沂师范学院,8.4 开关磁阻电动机,8.1 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

2、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81),2.永磁同步电动机,永磁同步电动机（图82） 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83、84） 磁滞起动（图85、86）,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87）,8.2 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

3、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88）,（81）,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,（82）,由于,，故上式亦可写成,（83）,对于转子为隐极的情况， ， 式（81）可简写为,由于 和 、 均为同相 （ 轴方向），故式（84）可简写成,电压方程,对比式（83）和式（81），可知,（84）,（86）,（85）,2.电磁功

4、率和电磁转矩,把式（85）的 代入上式，可知,（87）,由此可得电磁转矩,（88）,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89、810),9.3 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，

5、可以忽略不计。（图811）,线圈电动势（图812） （813） 以 代替 得 （ 814） 相电动势 （815） 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813） 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814）(图815) 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 （819）,（818）,5.电压方程 （820） 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

6、816） （821）,7.控制系统（图817） 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”。,9.4 开关磁阻电动机,1结构特点（图818） 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

7、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819） 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,（824）,（826）,转子转速,转矩与电流（图820）、（图821）（图822）、（图823）,81 永磁同步电动机的起动方式有哪些？ 82 正弦波永磁无刷电动机

8、的结构特点有哪些？采用什么方式供电？ 83 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？ 84 分析开关磁阻电动机的工作原理。,图81 永磁直流电动机示意图,图82 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,图8-4 永磁同步电动机起 动过程中的平均电磁转矩,图85 采用磁滞起动时永磁同步电动机的转子,图86 采用磁滞材料的转子 置于旋转磁场中时的磁滞角,图87 永磁体在转子表面的装置方式 a) 凸出式 b)插入式,图88 正弦波永磁无刷电动机的相量图 （ 为滞后）,图89 调频运行时正弦波 永磁无刷电动机的运行范围,图810 转折点B处电动机的相量图（

9、 ）,b),图811 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,图812 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,图813 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,图814 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,图815 三相桥式逆变器的主电路（定子绕组为Y联结）,图816 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,图817 矩形波永磁无刷电动机、变频电源和控制系统,图818 64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,图819 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,图820 1相的电感、电感对 的导数和磁阻转矩