永磁同步電機學(xué)習(xí)筆記

1、1 .內(nèi)功率因數(shù)角：定子相電流與空載反電勢的夾角，定子相電流超前時為正。2 .功率角（轉(zhuǎn)矩角）：外施相電壓超前空載反電勢的角度，是表征負(fù)載大小的象征。3 .功率因數(shù)角：外施相電壓與定子相電流的夾角。4 .內(nèi)功率因數(shù)角決定直軸電樞反應(yīng)是出于增磁還是去磁狀態(tài)的因素。5 .實際的空載反電勢由磁鋼產(chǎn)生的空載氣隙磁通在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生， 當(dāng)實際反電勢大于臨界反電勢時，電動機將處于去磁工作狀態(tài)。 空載損耗與空載電流是永磁電機出廠試驗的兩個重要指標(biāo)，而空載反電勢對這兩個指標(biāo)的影響尤其重大?？蛰d反電勢變動時空載損耗和空載電流也有一個最小值，空載反電勢設(shè)計得過大或過小都會導(dǎo)致空載損耗和空載電流的上升，這是因為

2、過大或過小都會導(dǎo)致空載電流中直軸電流分量急劇增大的緣故。還對電動機的動、穩(wěn)態(tài)性能均影響較大。永磁機的尺寸和性能改變時，曲線定子電流I=f（E）是一條 V 形曲線。 （類似于電勵磁同步機定子電流和勵磁電流的關(guān)系曲線）6 .由于永磁同步電動機的直軸同步電抗一般小于交軸同步電抗，磁阻轉(zhuǎn)矩為一負(fù)正弦函數(shù)，因而矩角特性曲線上最大值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角大于 90 度， 而不像電勵磁同步電機那樣小于90 度。 這是一個特點。7 .工作特性曲線：知道了空載反電勢、直軸同步電抗、交軸同步電抗和定子電阻后，給出一系列不同的轉(zhuǎn)矩角，便可以求出相應(yīng)的輸入功率，定子相電流和功率因數(shù)，然后求出電動機在此時的損耗，便可以得到電動

3、機出去功率和效率，從而得到電動機穩(wěn)態(tài)運行性能與輸出功率之間的關(guān)系曲線，即為電動機工作曲線。8 .鐵心損耗：電動機溫度和負(fù)載變化導(dǎo)致磁鋼工作點改變，定子齒、 軛部磁密也隨之變化。溫度越高，負(fù)載越大，定子齒、軛部的磁密越小，鐵耗越小。 工程上采用與感應(yīng)電機鐵耗類似的公式，然后進行經(jīng)驗修正。9 .計算極弧系數(shù)：氣隙磁密平均值與最大值的比值。它的大小決定氣隙磁密分布曲線的形狀， 因而決定勵磁磁勢分布的形狀、空氣隙的均勻程度以及磁路的飽和程度。其大小還影響氣隙基波磁通與氣隙總磁通比值，即磁鋼利用率，和氣隙中諧波的大小。10 .永磁電機氣隙長度：是非常關(guān)鍵的尺寸。盡管他對于永磁機的無功電流影響不如感應(yīng)電機

4、敏感， 但對于交直軸電抗影響很大，繼而影響電動機的其他性能。還對電動機的裝配工藝和雜散損耗影響較大。11 .空載漏磁系數(shù)：是很重要的參數(shù)，是空載時總磁通與主磁通之比，是個大于1 的數(shù)， 反映空載時永磁體向外磁路提供的總磁通的有效利用程度。空載漏磁系數(shù)以磁導(dǎo)表示的表達式又正好是負(fù)載時外磁路應(yīng)用戴維寧定理進行等效轉(zhuǎn)換的變換系數(shù)，同時由于負(fù)載情況的不同，電樞磁動勢大小不同，磁路的飽和程度也隨之改變，氣隙磁導(dǎo)、漏磁導(dǎo)和空載漏磁系數(shù)都不是常數(shù)。一方面，空載漏磁系數(shù)大表明漏磁導(dǎo)大，磁鋼利用率差。另一方面，空載漏磁系數(shù)大表明電樞反映的分流作用大，電樞反應(yīng)對磁鋼的實際作用值就小，磁鋼的抗去磁能力強。它不僅標(biāo)志

5、著磁鋼的利用程度，而且對磁鋼材料的抗去磁能力和電動機性能有較大影響，還對弱磁擴速有影響。極弧系數(shù)越大，氣隙長度越小，點擊的極間漏磁系數(shù)越小。在正常設(shè)計范圍內(nèi)，磁鋼磁化方向長度越大，電機的氣隙長度卻大，磁鋼端部漏磁計算系數(shù)越大。12 .對調(diào)速永磁同步電動機來講，磁鋼去磁最嚴(yán)重的情況是運行中的電動機繞組突然短路。短路電流產(chǎn)生直軸電樞磁動勢而對磁鋼起去磁作用。13 .計算交直軸電抗時，可不考慮直軸電樞反映電抗的非線性，但是必須考慮交軸磁路的飽和對交軸電樞反映電抗的影響。14 .相對地，直軸電樞反映電抗對永磁機性能影響比交軸電樞反映更加敏感。 增加磁鋼磁化方向長度以減小直軸電樞反映電抗，可以明顯提高電

6、動機的過載能力。為得到較高的功率因數(shù)和空載反電勢，可增加繞組匝數(shù)和鐵心長度，但同時會導(dǎo)致直、交軸電樞反映電抗，使得電動機過載能力變小。15 .表面凸出式永磁電機性能類似于隱極，故而交直軸電樞反映磁密的波形系數(shù)等于1。表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)分為凸出式和插入式。由于永磁材料的相對回復(fù)磁導(dǎo)率接近1，故表面凸出的電磁性能屬于隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。表面插入式的相鄰兩永磁磁極間有著磁導(dǎo)率很大的鐵磁材料，故在電磁性能上屬于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。16 .負(fù)載法既可以考慮磁路的飽和，又計及直、交軸磁場的相互影響（共磁路）。17 .磁鋼尺寸設(shè)計不合理、漏磁系數(shù)過小、電樞反映過大、所選用磁鋼的內(nèi)稟矯頑力過低和電動機工作溫度過高等因素都

7、可以導(dǎo)致電動機中永磁體的失磁。因此要準(zhǔn)確計算和合理設(shè)計磁鋼的最大去磁工作點。18 .永磁同步機一般設(shè)計的即便在輕載運行時功率因數(shù)和效率也比較高，是一個非?？少F的優(yōu)點。19 .設(shè)計中可通過增大繞組串聯(lián)匝數(shù)和增加磁鋼用量來提高空載反電勢。前者只能在電動機起動轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩、失步轉(zhuǎn)矩有裕度的前提下實現(xiàn)；后者要保證電機磁路不能過于飽和及制造成本的問題。20 .較高的空載反電勢不僅可以提高穩(wěn)態(tài)運行是功率因數(shù)，還可以使得運行于沖擊負(fù)載下的永磁同步機具有較強的穩(wěn)定性、高的平均功率因數(shù)和平均效率。較高功率因數(shù)還使得定子電流變小、銅耗下降、效率提高和溫度下降。故而設(shè)計高功率因數(shù)的永磁機是提高電動機效率的一條重要

8、途徑。21 .永磁機雜散損耗比同規(guī)格感應(yīng)機大。前者氣隙磁場諧波含量比后者大。極弧系數(shù)（磁鋼槽及隔磁措施有關(guān)）設(shè)計不合理，氣隙磁場諧波尤其大。采用Y 星形接法雙層短距或正弦繞組，合理設(shè)計極弧系數(shù)， 減小槽開口寬或采用閉口槽、磁性槽楔（減小齒磁導(dǎo)諧波導(dǎo)致的雜耗，但漏磁系數(shù)和槽漏抗有所增大）。 適當(dāng)加大氣隙長度。通常要大于0.010.02cm,容量越大大的越多。22 .變頻器供電加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁機。反電勢和供電波形都是矩形波的電動機叫無刷直流電動機，都是正弦波的叫正弦波永磁同步電動機。23 .矩形波永磁機中磁鋼所跨極弧角小于180°時，隨著極弧角的增大， 電動機的平均

9、轉(zhuǎn)矩也單調(diào)增大。但是電動機的紋波轉(zhuǎn)矩含量與極弧角的關(guān)系則較為復(fù)雜，設(shè)計是要同時考慮這兩個因素。24 .只有當(dāng)電流與反電勢同向時電動機才能得到單位電流轉(zhuǎn)矩的最大值。 （定子磁動勢空間矢量與永磁體磁場空間矢量正交）25 .正弦波永磁同步機的控制運行是與系統(tǒng)中的逆變器密切相關(guān)的，其運行性能收逆變器制約。最明顯的是電動機的相電壓有效值的極限值和相電流的有效極限值要受到逆變器直流側(cè)電壓和逆變器的最大輸出電流的限制。（當(dāng)逆變器直流側(cè)電壓最大值為U 時， Y 接的電動機可達到的最大基波相電壓有效值U1=U/根號6。在dq軸系統(tǒng)中的電壓極限值為u=根號3*U）。26 .電壓極限橢圓：對某一給定轉(zhuǎn)速，電動機穩(wěn)態(tài)

10、運行時候，定子電流矢量不能超過該轉(zhuǎn)速下的橢圓軌跡最多落在橢圓上。隨著轉(zhuǎn)速的提高，電壓極限橢圓的長軸與短軸與轉(zhuǎn)速成反比相應(yīng)縮小，形成了一簇橢圓曲線。27 .電流極限圓：定子電流空間矢量既不能超過電動機的電壓極限橢圓，也不能超過電流極限圓。28 .q軸代表永磁轉(zhuǎn)矩，恒轉(zhuǎn)矩曲線上各點是永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的合成。當(dāng)轉(zhuǎn)矩小時，最大轉(zhuǎn)矩/電流軌跡靠近q 軸，表明永磁轉(zhuǎn)矩起主導(dǎo)作用；當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大時，與電流平方成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩要比與電流呈線性關(guān)系的永磁轉(zhuǎn)矩增加的更快，故會遠離q 軸。進一步，定子齒的局部飽和將導(dǎo)致定子電流增加時電動機最大轉(zhuǎn)矩/電流軌跡想 q 軸靠近。29 .矢量控制方法：1 ）直軸電流i=0 控

11、制。從端口看相當(dāng)于一臺他勵直流電動機，定子電流中只有交軸分量，且定子磁動勢空間矢量與磁鋼磁場空間矢量正交。 對表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)來說，此時單位定子電流獲得最大轉(zhuǎn)矩。此時， 電動機的最高轉(zhuǎn)速即取決于逆變器可提供的最高電壓，也決定于電動機輸出轉(zhuǎn)矩。電動機可達到的最高電壓越大，輸出轉(zhuǎn)矩越小，最高轉(zhuǎn)速越高。30 .一般對于調(diào)速永磁機主要的要求是：調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、動態(tài)響應(yīng)快速準(zhǔn)確、單位電流轉(zhuǎn)矩大。31 .調(diào)速永磁同步電動機是與相匹配的功率系統(tǒng)的有關(guān)性能密不可分。 設(shè)計時根據(jù)傳動系統(tǒng)的應(yīng)用場合和有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟要求，首先確定電動機的控制策略和逆變器的容量，然后根據(jù)電機設(shè)計有關(guān)知識來設(shè)計電動機。

12、32 .PM 傳動系統(tǒng)的主要特征是它的調(diào)速范圍和動態(tài)響應(yīng)性能。調(diào)速范圍分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)和恒功率調(diào)速區(qū)。用工作周期來表示電動機的運行過程。動態(tài)響應(yīng)性能常常以靜止加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的加速 時間來表示（kW級別的電動機一般僅幾十 ms）。最大轉(zhuǎn)矩是額定 轉(zhuǎn)矩的3倍左右。33 .調(diào)速永磁同步電機的主要尺寸可以由所需的最大轉(zhuǎn)矩和動態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)確定。當(dāng)最大電磁轉(zhuǎn)矩指標(biāo)為 Tmax（N m）,則有：(1),22 .4TmaxTB1LefDi1A 10式中 B i -氣隙磁密基波幅值（T）;定子電負(fù)荷有效值（A/cm),A mN%P i當(dāng)選定電動機的電磁負(fù)荷后，電動機的主要尺寸一 一6D2 .% 10D

13、i1LefpP 1(2)(3)動態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)的要求體現(xiàn)為在最大電磁轉(zhuǎn)矩作用下，電動機在時間內(nèi)可線性地由靜止加速到轉(zhuǎn)折速度（此時的轉(zhuǎn)折速度又稱為基本轉(zhuǎn)速）b,即T J maxP tPtb(4)式中j電動機轉(zhuǎn)子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量（kg.mA2）0電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量之比(5)Tmax bJPtb而電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量可近似表示為D 47J - FeLef()4 107 (6)將（1）和（6）代入（5）就可以得到定子外徑D18j2ptbBiAi1 V Fe 10 3從而確定了定子內(nèi)徑和鐵心長度這兩個主要尺寸。定子外徑的確定在保證散熱的前提下可以為提高電動機效率而增大外徑和降低 成本而減小外

14、徑。34 .永磁體設(shè)計磁鋼尺寸連同電動機轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，便決定了電動機的磁負(fù)荷，而磁負(fù)荷則決 定著電動機的功率密度和損耗。表面轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，磁鋼尺寸近似地：Br(8)bM35 .磁鋼磁化方向長度直接決定了電動機直軸電感的大小和永磁磁鏈的大小。36 .磁鋼的磁化方向長度與電動機氣隙長度由很大關(guān)系，氣隙越長，磁鋼的磁化 方向長度也越大。37 .正弦波永磁同步電動機中磁鋼產(chǎn)生的氣隙磁密并不呈正弦波分布，因而時必 須合理設(shè)計電樞繞組以減少轉(zhuǎn)矩紋波。38 .影響PM停轉(zhuǎn)時定位精度的主要原因是 PM -定位力矩一一該力矩力圖使電 動機轉(zhuǎn)子定位與某一位置。定位力矩主要由轉(zhuǎn)子中的磁鋼與定子開槽的相互影響 而產(chǎn)生。當(dāng)磁鋼的磁極寬度為整數(shù)個定子齒距時， 可使得齒磁導(dǎo)諧波引起的定位 力矩得到有效的抑制。39 .直軸（d軸）:主磁極軸線（縱線）;交軸（q軸）：轉(zhuǎn)子相臨磁極軸線間的中心線