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永磁电机知识点浅析

2019-09-17 17:06:22     来源:电机技术日参        

【大比特导读】直流永磁电机是将直流电励磁电机或常规意义上的直流电机的励磁绕组和磁极去掉,换成永磁体,其余如电枢、电刷和换向器等主体结构不变。

朋友聚会谈起新能源汽车,话题自然导向汽车动力核心——永磁电机。有位哥们出于好奇,提议Ms.参给哥们说说永磁电机特点?Ms.参以结构极其紧凑的新能源汽车电机为例解说永磁电机无可替代的独特优势,强调永磁电机并不仅仅永磁同步电机一种,有直流永磁、无刷直流永磁和永磁同步电机三种基本类型。

永磁电机

直流永磁电机

直流永磁电机是将直流电励磁电机或常规意义上的直流电机的励磁绕组和磁极去掉,换成永磁体,其余如电枢、电刷和换向器等主体结构不变。如绝大多数玩具电机、电动剃须刀等,均采用了微型直流永磁电机作为驱动电机,结构十分简单,定子为铁壳内表面黏贴瓦型磁钢,转子为“换向器+电枢”,碳刷、刷架和及接线系统集成在壳体上。与电励磁直流电机相比,直流永磁电机励磁磁场不可调,只能通过调节电枢电压调速。

无刷直流永磁电机

直流永磁电机虽然省却了电励磁系统,由于用“电刷/换向器”机械接触机构,换向火花、电磁干扰、寿命短和可靠性等问题仍然存在,极大限制了其使用范围。

随着微电子器件和电力电子器件方面的进步和发展,电子换向替代机械换向的技术日益成熟,无刷直流永磁电机迅猛发展起来。如日常生活中几乎随处可见的电动摩托车、电动自行车,全部采用了外转子无刷直流永磁电机。

无刷直流永磁电动机和有刷直流电动机

如前所述,无刷直流永磁电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的,二者运行机理相同,但性能方面存在一定差异。

运行机理上,施加在电动机上的电压都是恒定不变的直流电压,输入电动机的电流都是直流电流,作用在电枢线圈(又称元件)上的电压极性和通过电枢线圈的电流方向都是交变的,电枢线圈内的感应电动势的波形基本上是相似的,方向都是交变的。因此,无刷直流永磁电动机可以直接沿用有刷直流电动机的设计思路和设计方法,只是某些具体的计算公式略有不同而已。

运行性能方面,有刷直流电动机电枢绕组的元件数和换向器的换向片数多于无刷直流电动机电枢绕组的相数,运行过程中有较大的差别:有刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场始终处于正交状态,而无刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场在某一角度范围内变动,正交状态仅只是其中的一个瞬时位置。因此,在其他条件相同的情况下,在运行过程中,无刷直流电动机的力矩脉动要大于有刷直流电动机的力矩脉动,无刷直流电动机的电磁力矩要小于有刷直流电动机的电磁力矩。

永磁同步电机

永磁同步电机与传统的电励磁同步电机运行原理相同。因不需要励磁绕组和直流励磁电源,故取消了容易出问题的集电环和电刷装置,成为无刷电机。

●永磁发电机

永磁发电机制成后难以调节磁场以控制其输出电压和功率因数,从而限制了它的使用范围。如直驱式永磁风力发电机,与电网间的能量交换必须通过变频器实现,无法直联。

●永磁同步电动机

变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统构成自同步永磁电动机,既具有电励磁直流电动机的优异调速特性,又实现了无刷化,在要求高控制精度和高可靠性的场合,如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得广泛应用。通常,反电动势和供电电流波形都是矩形波的电动机称之为无刷直流永磁电动机;反电动势和供电电流波形都是正弦波的电动机,称为永磁同步电动机。

永磁同步电动机与无刷直流永磁电动机

永磁同步电动机与无刷直流永磁电动机均由变频器供电,最终加到电枢绕组上的电压和供电电流都是与转子转速同步交变,故而往往不加区分地都称为永磁同步电动机。然而就内部发生的电磁过程而言,永磁式同步电动机和电励磁同步电动机完全相同,无刷直流永磁电动机则与电励磁直流电动机基本相同,机理上有较大区别:永磁同步电动机电枢磁场为三相合成旋转磁势波,永磁体转速与旋转磁势波严格同步;无刷直流永磁电动机电枢磁场为功率开关器件控制的跳跃式磁势波,永磁体转速与磁势波宏观上同步。

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