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搞永磁電機必須知道的知識點

來源:|發布時間:2018-12-21 10:55:32|瀏覽

  

朋友聚會談起新能源汽車,話題自然導向汽車動力核心——永磁電機。有位哥們出于好奇,提議Ms.參給哥們說說永磁電機特點?Ms.參以結構極其緊湊的新能源汽車電機為例解說永磁電機無可替代的獨特優勢,強調永磁電機并不僅僅永磁同步電機一種,有直流永磁、無刷直流永磁和永磁同步電機三種基本類型。


搞永磁電機必須知道的知識點


直流永磁電機


直流永磁電機是將直流電勵磁電機或常規意義上的直流電機的勵磁繞組和磁極去掉,換成永磁體,其余如電樞、電刷和換向器等主體結構不變。如絕大多數玩具電機、電動剃須刀等,均采用了微型直流永磁電機作為驅動電機,結構十分簡單,定子為鐵殼內表面黏貼瓦型磁鋼,轉子為“換向器+電樞”,碳刷、刷架和及接線系統集成在殼體上。與電勵磁直流電機相比,直流永磁電機勵磁磁場不可調,只能通過調節電樞電壓調速。


無刷直流永磁電機


直流永磁電機雖然省卻了電勵磁系統,由于用“電刷/換向器”機械接觸機構,換向火花、電磁干擾、壽命短和可靠性等問題仍然存在,極大限制了其使用范圍。


隨著微電子器件和電力電子器件方面的進步和發展,電子換向替代機械換向的技術日益成熟,無刷直流永磁電機迅猛發展起來。如日常生活中幾乎隨處可見的電動摩托車、電動自行車,全部采用了外轉子無刷直流永磁電機。


無刷直流永磁電動機和有刷直流電動機


如前所述,無刷直流永磁電動機是在有刷直流電動機的基礎上發展起來的,二者運行機理相同,但性能方面存在一定差異。


運行機理上,施加在電動機上的電壓都是恒定不變的直流電壓,輸入電動機的電流都是直流電流,作用在電樞線圈(又稱元件)上的電壓極性和通過電樞線圈的電流方向都是交變的,電樞線圈內的感應電動勢的波形基本上是相似的,方向都是交變的。因此,無刷直流永磁電動機可以直接沿用有刷直流電動機的設計思路和設計方法,只是某些具體的計算公式略有不同而已。


運行性能方面,有刷直流電動機電樞繞組的元件數和換向器的換向片數多于無刷直流電動機電樞繞組的相數,運行過程中有較大的差別:有刷直流電動機的磁極磁場與電樞磁場始終處于正交狀態,而無刷直流電動機的磁極磁場與電樞磁場在某一角度范圍內變動,正交狀態僅只是其中的一個瞬時位置。因此,在其他條件相同的情況下,在運行過程中,無刷直流電動機的力矩脈動要大于有刷直流電動機的力矩脈動,無刷直流電動機的電磁力矩要小于有刷直流電動機的電磁力矩。


永磁同步電機


永磁同步電機與傳統的電勵磁同步電機運行原理相同。因不需要勵磁繞組和直流勵磁電源,故取消了容易出問題的集電環和電刷裝置,成為無刷電機。


●永磁發電機


永磁發電機制成后難以調節磁場以控制其輸出電壓和功率因數,從而限制了它的使用范圍。如直驅式永磁風力發電機,與電網間的能量交換必須通過變頻器實現,無法直聯。


●永磁同步電動機


變頻器供電的永磁同步電動機加上轉子位置閉環控制系統構成自同步永磁電動機,既具有電勵磁直流電動機的優異調速特性,又實現了無刷化,在要求高控制精度和高可靠性的場合,如航空、航天、數控機床、加工中心、機器人、電動汽車、計算機外圍設備和家用電器等方面都獲得廣泛應用。通常,反電動勢和供電電流波形都是矩形波的電動機稱之為無刷直流永磁電動機;反電動勢和供電電流波形都是正弦波的電動機,稱為永磁同步電動機。


永磁同步電動機與無刷直流永磁電動機


永磁同步電動機與無刷直流永磁電動機均由變頻器供電,最終加到電樞繞組上的電壓和供電電流都是與轉子轉速同步交變,故而往往不加區分地都稱為永磁同步電動機。然而就內部發生的電磁過程而言,永磁式同步電動機和電勵磁同步電動機完全相同,無刷直流永磁電動機則與電勵磁直流電動機基本相同,機理上有較大區別:永磁同步電動機電樞磁場為三相合成旋轉磁勢波,永磁體轉速與旋轉磁勢波嚴格同步;無刷直流永磁電動機電樞磁場為功率開關器件控制的跳躍式磁勢波,永磁體轉速與磁勢波宏觀上同步。


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