永磁同步電機的原理和結(jié)構(gòu)

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1、WORD格式編輯整理第一章永磁同步電機的原理及結(jié)構(gòu)1.1永磁同步電機的基本工作原理永磁同步電機的原理如下在電動機的定子繞組中通入三相電流，在通入電流后就會在電動機的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場，由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據(jù)磁極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會帶動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，最終達到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速相等，所以可以把永磁同步電機的起動過程看成是由異步啟動階段和牽入同步階段組成的。在異步啟動的研究階段中，電動機的轉(zhuǎn)速是從零開始逐漸增大的，造成上訴的主要原因是其在異步轉(zhuǎn)矩、永磁發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩、等一

2、系列的因素共同作用下而引起的，所以在這個過程中轉(zhuǎn)速是振蕩著上升的。在起動過程中，電動機就是以這轉(zhuǎn)矩來得以加速的，其他的轉(zhuǎn)矩大部分以制動性質(zhì)為主。在電動機的速度由零增加到接近定子的磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時，在永磁體脈振轉(zhuǎn)矩的影響下永磁同步電機的轉(zhuǎn)速有可能會超過同步轉(zhuǎn)速，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的超調(diào)現(xiàn)象。但經(jīng)過一段時間的轉(zhuǎn)速振蕩后，最終在同步轉(zhuǎn)矩的作用下而被牽入同步。1.2永磁同步電機的結(jié)構(gòu)永磁同步電機主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機的最大的特點是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)非常非常的相似，主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)與其它電機形成了差別

3、。和常用的異步電機的最大不同則是轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機通常會被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式，如圖1.1所示。永磁同步電機的運行性能是最受關(guān)注的，影響其性能的因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機的結(jié)構(gòu)。就面貼式、插入式和嵌入式而言，各種結(jié)構(gòu)都各有其各自的優(yōu)點。專業(yè)知識分享WORD格式編輯整理圖1-1面貼式的永磁同步電機在工業(yè)上是應(yīng)用最廣泛的，其最主要的原因是其擁有很多其他形式電機無法比擬的優(yōu)點，例如其制造方便，轉(zhuǎn)動慣性比較小以及結(jié)構(gòu)很簡單等。并且這種類型的永

4、磁同步電機更加容易被設(shè)計師來進行對其的優(yōu)化設(shè)計，其中最主要的方法是，將其分布結(jié)構(gòu)改成正弦分布后能夠帶來很多的優(yōu)勢，例如應(yīng)用以上的方法能夠很好的改善電機的運行性能。插入式結(jié)構(gòu)的電機之所以能夠跟面貼式的電機相比較有很大的改善是因為它充分的利用了它設(shè)計出的磁鏈的結(jié)構(gòu)有著不對稱性所生成的獨特的磁阻轉(zhuǎn)矩能大大的提高了電機的功率密度，并且在也能很方便的制造出來，所以永磁同步電機的這種結(jié)構(gòu)被比較多的應(yīng)用于在傳動系統(tǒng)中，但是其缺點也是很突出的，例如制作成本和漏磁系數(shù)與面貼式的相比較都要大的多。永磁同步電機中的永磁體是被安置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，相比較而言其結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，

5、但卻有幾個很明顯的優(yōu)點是毋庸置疑的，因為有很明顯的它跟面貼式的電機相比較就會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩；因為在轉(zhuǎn)子永磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁后所帶來的一系列的危險的可能性就會很小，因此電機能夠在更高的旋轉(zhuǎn)速度下運行但是并不需要考慮轉(zhuǎn)子中永磁體是否會因為離心力過大而被破壞。為了體現(xiàn)永磁同步電機的優(yōu)越性能，與傳統(tǒng)異步電機來進行比較，專業(yè)知識分享WORD格式編輯整理永磁同步電機特別是最常用的稀土式的永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠性很高；體積非常的小，質(zhì)量特別的輕；損耗也相對較少，效率也比較高；電機的形狀以及大小可以靈活多樣的變化等比較明顯的

6、優(yōu)點。正是因為其擁有這么多的優(yōu)勢所以其應(yīng)用范圍非常的廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和日常生活等的各個領(lǐng)域。永磁同步電動機與感應(yīng)電動機相比，可以考慮不輸入無功勵磁電流，因此可以非常明顯的提高其功率因素，進而減少了定子上的電流以及定子上電阻的損耗，而且在穩(wěn)定運行的時候沒有轉(zhuǎn)子電阻上的損耗，進而可以因總損耗的降低而減小風(fēng)扇（小容量的電機甚至可以不用風(fēng)扇）以及相應(yīng)的風(fēng)磨損耗，從而與同規(guī)格的感應(yīng)電動機相比較其效率可以提高2-8個百分點。1.3永磁同步電機的數(shù)學(xué)特性先對永磁同步電機的轉(zhuǎn)速進行研究，在分析定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢間的轉(zhuǎn)速關(guān)系時，所以轉(zhuǎn)子的磁動

7、勢相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也為nr/min，所以定子的電流相應(yīng)的頻率是f=,因為定子旋轉(zhuǎn)的磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度是由定子上的電流產(chǎn)生的，所以應(yīng)為(1.1)可以看出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是與定子的磁動勢的轉(zhuǎn)速相等的。對于永磁同步電機的電壓特性研究，可以利用電動機的慣例來直接寫出它的電動勢平衡方程式（1.2）對于永磁同步電機的功率而言，同樣根據(jù)發(fā)電機的慣例能夠得到永磁同步電機的電磁功率為（1.3）對于永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩而言，在恒定的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和功率是成正比的，所以可以得到以下公式專業(yè)知識分享WORD格式編輯整理（1.4）專業(yè)知識分享WORD格式編輯整理第二章永磁同步電機物理模型開環(huán)

8、仿真2.1永磁同步電機模塊及仿真下面對永磁同步電機物理模型的開環(huán)進行仿真，在仿真之前先介紹各個單元模塊，以便