永磁同步電機

1、第二章第二章 永磁電機永磁電機w永磁電機的主要特點和應(yīng)用永磁電機的主要特點和應(yīng)用w永磁直流電機永磁直流電機w永磁同步電動機永磁同步電動機w永磁同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機永磁同步電動機永磁同步電動機一一永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)二二永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 三三永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能 四四永磁同步電動機的磁路分析與計算永磁同步電動機的磁路分析與計算 五五永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析 六六異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步

2、電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w爪極式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)爪極式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w隔磁措施隔磁措施永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能w穩(wěn)態(tài)運行和相量圖穩(wěn)態(tài)運行和相量圖w穩(wěn)態(tài)運行性能分析計算穩(wěn)態(tài)運行性能分析計算w損耗分析計算損耗分析計算穩(wěn)態(tài)運行性能分析計算穩(wěn)態(tài)運行性能分析計算w電磁轉(zhuǎn)矩和功角特性電磁轉(zhuǎn)矩和功角特性 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 為為 式中第式中第1項由永磁氣隙磁場與定子電樞反應(yīng)項由永磁氣隙磁場與定子電樞反應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生的基本電磁轉(zhuǎn)短，又稱永磁磁場相互作用產(chǎn)生的基本電磁轉(zhuǎn)短，又稱永磁轉(zhuǎn)矩，第轉(zhuǎn)矩，第2項為由

3、于電動機直、縱軸磁路不對項為由于電動機直、縱軸磁路不對稱而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。稱而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。emT2sin112sin20dqdemXXUXUEmpT永磁同步電動機的矩角特性永磁同步電動機的矩角特性永磁同步電動機永磁同步電動機一一永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)二二永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 三三永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能 四四永磁同步電動機的磁路分析與計算永磁同步電動機的磁路分析與計算 五五永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析 六六異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 四

4、、永磁同步電動機的磁路分析與計算四、永磁同步電動機的磁路分析與計算w磁路計算特點磁路計算特點 計算極弧系數(shù)計算極弧系數(shù) 氣隙磁場波形系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù) 磁位差計算磁位差計算w空載漏磁系數(shù)空載漏磁系數(shù)w永磁體工作點的計算永磁體工作點的計算 空載和負(fù)載工作點的計算特點空載和負(fù)載工作點的計算特點 最大去磁時永磁體工作點的校核計算最大去磁時永磁體工作點的校核計算永磁同步電動機空載氣隙磁密波形永磁同步電動機空載氣隙磁密波形1氣隙磁密波形氣隙磁密波形 2基波基波 33次諧波次諧波 45次諧波次諧波1. 計算極弧系數(shù)計算極弧系數(shù) 電機轉(zhuǎn)子磁路不同，其極弧系數(shù)電機轉(zhuǎn)子磁路不同，其極弧系數(shù)p和計算極弧系數(shù)和計

5、算極弧系數(shù)i的計的計算公式也不同。算公式也不同。 對以上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：對以上轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：pQpQp21222ppi1641 永磁磁極直接面向空氣隙的表面式磁路結(jié)構(gòu)，其極弧系數(shù)永磁磁極直接面向空氣隙的表面式磁路結(jié)構(gòu)，其極弧系數(shù)p 為：為：計算極弧系數(shù)計算極弧系數(shù)i的計算可參照本章第二節(jié)的計算可參照本章第二節(jié)P32P32磁極不帶軟鐵鐵靴磁極不帶軟鐵鐵靴的計算方法，查找圖的計算方法，查找圖2-82-8或或2-92-9的曲線。的曲線。1MpbbM為每極下永磁體所跨的弧長（為每極下永磁體所跨的弧長（cm）NSNSNSNSNSNSNSNS1bp12bib為電機極靴弧長為電機極靴弧長（cm）永磁同步電動機空載氣隙

6、磁密近似波形永磁同步電動機空載氣隙磁密近似波形2. 氣隙磁場波形系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù) 如圖所示，經(jīng)傅里葉極如圖所示，經(jīng)傅里葉極數(shù)分解后，可得永磁同步電數(shù)分解后，可得永磁同步電動機空載氣隙磁密基波：動機空載氣隙磁密基波：空載氣隙磁密波形系數(shù)：空載氣隙磁密波形系數(shù)：2sin4iiBB2sin41ifBBK2. 氣隙磁場波形系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù)空載時永磁體提供的氣隙總磁通：空載時永磁體提供的氣隙總磁通：空載時永磁體提供的氣隙基波磁通：空載時永磁體提供的氣隙基波磁通：永磁電動機氣隙基波磁通永磁電動機氣隙基波磁通10與氣隙總磁通與氣隙總磁通0之比，即氣隙磁通之比，即氣隙磁通的波形系數(shù)為：的波形系數(shù)為：4

7、40001010mrmiefbB ABL 4110102efLB2sin82010iiK2sin82010iiK 由上式可以看出，由上式可以看出，i的大小影響氣隙基波磁通與的大小影響氣隙基波磁通與氣隙總磁通的比值，即影響永磁材料的利用率。另外，氣隙總磁通的比值，即影響永磁材料的利用率。另外， i的大小還影響氣隙中諧波的大小。設(shè)計中選定的大小還影響氣隙中諧波的大小。設(shè)計中選定i時時應(yīng)考慮永磁體的合理利用、諧波抑制和電動機性能的應(yīng)考慮永磁體的合理利用、諧波抑制和電動機性能的需要。需要。3. 磁位差計算磁位差計算 由于永磁同步電動機的極弧系數(shù)一般由于永磁同步電動機的極弧系數(shù)一般較大，計算氣隙和齒部磁

8、位差時應(yīng)該用有較大，計算氣隙和齒部磁位差時應(yīng)該用有效值效值B B而不是用基波值而不是用基波值B B1 ；計算電動機；計算電動機軛部磁位差時也應(yīng)該用軛部鐵心的有效總軛部磁位差時也應(yīng)該用軛部鐵心的有效總磁通磁通而不是用基波磁通而不是用基波磁通1 。w磁路計算特點磁路計算特點計算極弧系數(shù)計算極弧系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù)磁位差計算磁位差計算w空載漏磁系數(shù)空載漏磁系數(shù)w永磁體工作點的計算永磁體工作點的計算空載和負(fù)載工作點的計算特點空載和負(fù)載工作點的計算特點最大去磁時永磁體工作點的校核計算最大去磁時永磁體工作點的校核計算四、永磁同步電動機的磁路分析與計算四、永磁同步電動機的磁路分析與計算（二）

9、空載漏磁系數(shù)（二）空載漏磁系數(shù) 永磁同步電動機可采用與永磁直流電動機相似的方永磁同步電動機可采用與永磁直流電動機相似的方法，通過兩次二維電磁場數(shù)值分析計算求取電動機的極法，通過兩次二維電磁場數(shù)值分析計算求取電動機的極間漏磁系數(shù)間漏磁系數(shù)1和端部漏磁計算系數(shù)和端部漏磁計算系數(shù) 2，則電動機空載漏，則電動機空載漏磁系數(shù)磁系數(shù)0為為)() 1(21210efLkk表面式永磁同步電動機極間漏磁系數(shù)表面式永磁同步電動機極間漏磁系數(shù) 曲線曲線1表而式永磁同步電動機端部漏磁表而式永磁同步電動機端部漏磁計算系數(shù)計算系數(shù) 曲線曲線2（二）空載漏磁系數(shù)（二）空載漏磁系數(shù) 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的磁路結(jié)構(gòu)

10、雖內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的磁路結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但然多種多樣，但對電動機極間漏磁系數(shù)影響最大的是其對電動機極間漏磁系數(shù)影響最大的是其采用的隔磁磁橋的尺寸和永磁體的尺寸。采用的隔磁磁橋的尺寸和永磁體的尺寸。 為降低極間漏為降低極間漏磁系數(shù)，在設(shè)計電磁系數(shù)，在設(shè)計電動機時應(yīng)在保證電動機時應(yīng)在保證電動機制造工藝和沖動機制造工藝和沖模使用壽命的前提模使用壽命的前提下，盡量限制隔磁下，盡量限制隔磁磁橋的尺寸。磁橋的尺寸。內(nèi)置式永磁同步電動機極間漏磁系數(shù)內(nèi)置式永磁同步電動機極間漏磁系數(shù) 永磁體尺寸曲線永磁體尺寸曲線1(a) hM=0.2cm(b) hM=0.4cm(c) hM=0.8cm 永磁體

11、尺寸永磁體尺寸越大，氣隙長度越大，氣隙長度越小，電動機的越小，電動機的極間漏磁系數(shù)也極間漏磁系數(shù)也越小。越小。內(nèi)置徑向式永磁同步電動機端部內(nèi)置徑向式永磁同步電動機端部漏磁計算系數(shù)漏磁計算系數(shù) 曲線曲線2 內(nèi)置徑向式內(nèi)置徑向式永磁同步電動機永磁同步電動機端部漏磁系數(shù)除端部漏磁系數(shù)除與氣隙長度和永與氣隙長度和永磁體磁化方向有磁體磁化方向有關(guān)外，還與永磁關(guān)外，還與永磁體離轉(zhuǎn)子表面的體離轉(zhuǎn)子表面的距離有較大關(guān)系，距離有較大關(guān)系，永磁體離轉(zhuǎn)子表永磁體離轉(zhuǎn)子表面越近，端部漏面越近，端部漏磁系數(shù)越小。磁系數(shù)越小。w磁路計算特點磁路計算特點計算極弧系數(shù)計算極弧系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù)氣隙磁場波形系數(shù)磁位差計算磁位

12、差計算w空載漏磁系數(shù)空載漏磁系數(shù)w永磁體工作點的計算永磁體工作點的計算空載和負(fù)載工作點的計算特點空載和負(fù)載工作點的計算特點最大去磁時永磁體工作點的校核計算最大去磁時永磁體工作點的校核計算四、永磁同步電動機的磁路分析與計算四、永磁同步電動機的磁路分析與計算永磁體工作點的計算永磁體工作點的計算1. 空載和負(fù)載工作點的計算特點空載和負(fù)載工作點的計算特點 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中既有徑向式，又有永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中既有徑向式，又有切向式和混合式。為避免混淆，統(tǒng)一以永磁同步電動機切向式和混合式。為避免混淆，統(tǒng)一以永磁同步電動機每每對極磁路的磁動勢和每極磁通對極磁路的磁動勢和每極磁通作為計

13、算量。作為計算量。對徑向式結(jié)構(gòu)：對徑向式結(jié)構(gòu)：對切向式結(jié)構(gòu)：對切向式結(jié)構(gòu)：2102McchHF441010MMrmrrLbBAB210McchHF4410210MMrmrrLbBAB式中式中Br和和Hc分別是在工作溫度下永磁材料的計算剩磁密度分別是在工作溫度下永磁材料的計算剩磁密度和計算矯頑力。和計算矯頑力。F為經(jīng)磁路計算所得的電動機每對極磁路的總磁位差，其為經(jīng)磁路計算所得的電動機每對極磁路的總磁位差，其值為：值為：式中式中F、Ft1、Fj1、Ft2和和Fj2分別為電動機每對極的氣隙、定分別為電動機每對極的氣隙、定子齒、定子軛、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛等部位的磁位差。如果電子齒、定子軛、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛等

14、部位的磁位差。如果電動機無轉(zhuǎn)子齒（如表面式轉(zhuǎn)子），則不含動機無轉(zhuǎn)子齒（如表面式轉(zhuǎn)子），則不含F(xiàn)t2項。項。 永磁同步電動機直軸電樞磁動勢永磁同步電動機直軸電樞磁動勢Fad（A/極）為：極）為：則其作用于永磁體的去（增）磁磁動勢標(biāo)么值為：則其作用于永磁體的去（增）磁磁動勢標(biāo)么值為：式中式中Kad為電動機直軸電樞磁動勢折算系數(shù)。為電動機直軸電樞磁動勢折算系數(shù)。2211jtjtFFFFFFdaddqadIpNKKF35.1dadcdqcadaIKpFNKFFf007.222. 最大去磁時永磁體工作點的校核計算最大去磁時永磁體工作點的校核計算 對調(diào)速永磁同步電動機來說，永磁體去磁對調(diào)速永磁同步電動機來

15、說，永磁體去磁最嚴(yán)重的情況是運行中的電機突然短路，最嚴(yán)重的情況是運行中的電機突然短路，短路短路電流產(chǎn)生直軸電樞磁動勢對永磁體起去磁作用。電流產(chǎn)生直軸電樞磁動勢對永磁體起去磁作用。 電動機短路時的去磁電流近似為：電動機短路時的去磁電流近似為： dhXEI00EKIw短路時端電壓短路時端電壓U=0穩(wěn)態(tài)短路的運行特點：()aEUI rjx0addqqEUIrjI xjI x0K addqqEI rjI xjI x cossinUIrUIxOGBGtgaq aqaKqKrxrIxItg900Uqaxr0KdqIII0ar 2. 最大去磁時永磁體工作點的校核計算最大去磁時永磁體工作點的校核計算 異步起動

16、永磁同步電機起動到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接異步起動永磁同步電機起動到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，且近同步轉(zhuǎn)速，且電樞磁動勢和轉(zhuǎn)子磁場軸線處電樞磁動勢和轉(zhuǎn)子磁場軸線處于重合而方向相反于重合而方向相反時，電樞磁動勢對永磁體的時，電樞磁動勢對永磁體的去磁作用最嚴(yán)重，稱這種運行狀態(tài)為去磁作用最嚴(yán)重，稱這種運行狀態(tài)為“反接狀反接狀態(tài)態(tài)”。反接狀態(tài)下，定子電流只有直軸分量，。反接狀態(tài)下，定子電流只有直軸分量，且定子電流且定子電流I Ih h超前超前E E0 0 9090電角度。因為反接狀電角度。因為反接狀態(tài)時電動機轉(zhuǎn)速非常接近同步轉(zhuǎn)速，故可近似態(tài)時電動機轉(zhuǎn)速非常接近同步轉(zhuǎn)速，故可近似地采用同步運行時的參數(shù)。地采用同步運行時的

17、參數(shù)?！胺唇訝顟B(tài)反接狀態(tài)”時電動機相量圖時電動機相量圖0)(0)(11RbRa從圖中可以求出不計定子繞組電阻時的最大去磁定子電流為：從圖中可以求出不計定子繞組電阻時的最大去磁定子電流為：計及定子繞組電阻時，定子電流為：計及定子繞組電阻時，定子電流為： 根據(jù)電動機的類型，求得永磁體負(fù)載工作點，即為永磁體的根據(jù)電動機的類型，求得永磁體負(fù)載工作點，即為永磁體的最大去磁工作點（最大去磁工作點（bmh，hmh） 。實際設(shè)計永磁同步電動機時，應(yīng)。實際設(shè)計永磁同步電動機時，應(yīng)使永磁體的最大去磁工作點（使永磁體的最大去磁工作點（bmh，hmh）高于所采用永磁材料在）高于所采用永磁材料在最高工作溫度（鐵氧體永磁

18、為最低環(huán)境溫度）下退磁曲線的拐點最高工作溫度（鐵氧體永磁為最低環(huán)境溫度）下退磁曲線的拐點（bk，hk），并留有一定的裕度。），并留有一定的裕度。dhXUEI0202122020212200)(XRUEXRXEXEIddh永磁同步電動機永磁同步電動機一一永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)二二永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 三三永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能 四四永磁同步電動機的磁路分析與計算永磁同步電動機的磁路分析與計算 五五永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析 六六異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步

19、電動機的起動過程 五、永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析五、永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析（一）空載反電動勢（一）空載反電動勢 空載反電動勢空載反電動勢E0是永磁同步電動機一個非常重是永磁同步電動機一個非常重要的參數(shù)。要的參數(shù)。E0（V）由電動機中永磁體產(chǎn)生的空載）由電動機中永磁體產(chǎn)生的空載氣隙基波磁通在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生，其值為：氣隙基波磁通在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生，其值為： E0的大小不僅決定電動機運行于增磁狀態(tài)還是的大小不僅決定電動機運行于增磁狀態(tài)還是去磁狀態(tài)，而且對電動機的動、穩(wěn)態(tài)性能均有很大去磁狀態(tài)，而且對電動機的動、穩(wěn)態(tài)性能均有很大的影響。的影響。40001001044. 444. 444

20、. 4mrmdqdqdqABbNfKKKNfKNfKE 曲線曲線NUEfI01 合理設(shè)計合理設(shè)計E0，可降低定，可降低定子電流，提高電動機效率，子電流，提高電動機效率，降低電動機的溫升。降低電動機的溫升。 設(shè)計實踐表明，所有設(shè)設(shè)計實踐表明，所有設(shè)計比較成功的電動機，其計比較成功的電動機，其E0與額定電壓的比值均在合理與額定電壓的比值均在合理范圍內(nèi)。但應(yīng)注意，對不同范圍內(nèi)。但應(yīng)注意，對不同用途的永磁電動機，用途的永磁電動機，E0的取的取值范圍應(yīng)有所不同。值范圍應(yīng)有所不同。（二）直、交軸電樞反應(yīng)電抗（二）直、交軸電樞反應(yīng)電抗從電動機向量圖出發(fā)，可得電動機直軸內(nèi)電動勢從電動機向量圖出發(fā)，可得電動機直

21、軸內(nèi)電動勢Ed為：為：式中，當(dāng)電動機運行于去磁狀態(tài)時取式中，當(dāng)電動機運行于去磁狀態(tài)時取“”號，當(dāng)電動號，當(dāng)電動機運行于增磁狀態(tài)時取機運行于增磁狀態(tài)時取“”號。號。adddXIEE0由此可得直軸電樞反應(yīng)電抗（由此可得直軸電樞反應(yīng)電抗（）為：）為：1N為當(dāng)直軸電樞電流等于為當(dāng)直軸電樞電流等于Id時永磁體提供得氣隙基波時永磁體提供得氣隙基波磁通（磁通（Wb），且），且式中式中bmN為直流電流等于為直流電流等于Id時永磁體的負(fù)載工作點。時永磁體的負(fù)載工作點。所以直軸電樞反應(yīng)電抗（所以直軸電樞反應(yīng)電抗（ ）為：）為：考慮交軸磁路飽和時考慮交軸磁路飽和時Xaq需迭代求解。需迭代求解。ddadIEEX0Nd

22、qdNfKE144. 4其中，4110)1 (KABbbmrmNmNNdNdqadINfKX11044. 4 相對來說，相對來說，Xad對永磁同步電動機性能的影響對永磁同步電動機性能的影響比比Xaq對電動機性能的影響更加敏感對電動機性能的影響更加敏感，增加永磁體的，增加永磁體的磁化方向長度以減少磁化方向長度以減少Xad，可明顯提高電動機的過載，可明顯提高電動機的過載能力，但對恒功率調(diào)速運行電動機的弱磁擴速能力能力，但對恒功率調(diào)速運行電動機的弱磁擴速能力不利。為了得到較高的功率因數(shù)和空載反電動勢不利。為了得到較高的功率因數(shù)和空載反電動勢E0，要增加電動機的繞組匝數(shù)和鐵心長度，但這同時會要增加電動

23、機的繞組匝數(shù)和鐵心長度，但這同時會導(dǎo)致導(dǎo)致Xad和和Xaq的增大，使電動機過載能力變小、牽的增大，使電動機過載能力變小、牽入同步能力變差。所以實際設(shè)計中應(yīng)綜合考慮，使入同步能力變差。所以實際設(shè)計中應(yīng)綜合考慮，使Xad與與Xaq的設(shè)計值合適，并要注意兩者的合理搭配。的設(shè)計值合適，并要注意兩者的合理搭配。永磁同步電動機永磁同步電動機w永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)w永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) w永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能 w永磁同步電動機的磁路分析與計算永磁同步電動機的磁路分析與計算 w永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析永磁同步電動

24、機的參數(shù)計算和分析 w異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 永磁同步電動機由于在轉(zhuǎn)子上安放了永磁體，使永磁同步電動機由于在轉(zhuǎn)子上安放了永磁體，使得其起動過程比感應(yīng)電動機更為復(fù)雜；在起動過程中得其起動過程比感應(yīng)電動機更為復(fù)雜；在起動過程中既有既有平均轉(zhuǎn)矩，又有脈動轉(zhuǎn)矩平均轉(zhuǎn)矩，又有脈動轉(zhuǎn)矩，且這些轉(zhuǎn)矩的幅值均，且這些轉(zhuǎn)矩的幅值均隨電動機轉(zhuǎn)速的改變而變化。隨電動機轉(zhuǎn)速的改變而變化。 為便于分析，假設(shè)整個起動過程非常緩慢，電動為便于分析，假設(shè)整個起動過程非常緩慢，電動機在不同異步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。從描述異步起

25、動永磁機在不同異步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。從描述異步起動永磁同步電動機瞬態(tài)行為的復(fù)數(shù)形式微分方程出發(fā)，可得同步電動機瞬態(tài)行為的復(fù)數(shù)形式微分方程出發(fā)，可得到如下電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：到如下電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式： )2cos()cos( 2cos2sincossin2121pcpmavpcpcpmpmavemTTTTTTTTT異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程w起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩不考慮永磁體時不考慮永磁體時永磁同步電動機永磁同步電動機轉(zhuǎn)子：磁路不對稱轉(zhuǎn)子：磁路不對稱定子：對稱電流產(chǎn)生旋定子：對稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)磁場，同步轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s，n=(1-

26、s)n1等效為轉(zhuǎn)子磁等效為轉(zhuǎn)子磁路不對稱的三路不對稱的三相相感應(yīng)電動機感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁場可分解為正、負(fù)兩個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁場可分解為正、負(fù)兩個旋轉(zhuǎn)磁場。相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速分別為：相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速分別為： sn1， -sn1相對于定子的轉(zhuǎn)速分別為：相對于定子的轉(zhuǎn)速分別為： n+ sn1 =n1 ， n- sn1 =(1-2s ) n1 轉(zhuǎn)子磁路不對稱，轉(zhuǎn)子磁路不對稱，XdXqn=(1-s)n1異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程w起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩不考慮永磁體時不考慮永磁體時 永磁永磁 同步同步電動機電動機轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子磁場定

27、子磁場定子磁場n1正向旋轉(zhuǎn)正向旋轉(zhuǎn)n1反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)=(1-2s ) n1 異步轉(zhuǎn)矩異步轉(zhuǎn)矩Ta在定子繞組中感應(yīng)出頻率在定子繞組中感應(yīng)出頻率(1-2s ) f 的電流的電流Ib ， Ib所產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也是所產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也是(1-2s ) n1。磁阻負(fù)序分磁阻負(fù)序分量轉(zhuǎn)矩量轉(zhuǎn)矩Tb磁阻負(fù)序分磁阻負(fù)序分量轉(zhuǎn)矩量轉(zhuǎn)矩Tbn0.5，(1-2s ) f0N=n1/2，即，即s=0.5，(1-2s ) f=0 Tb=0nn1/2，即，即s0 Tb0異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程w起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩考慮永磁體時考慮永磁體時 永磁同

28、步電動機永磁體磁場永磁同步電動機永磁體磁場以以n(1-s ) n1 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 在定子繞組中感應(yīng)出頻率為在定子繞組中感應(yīng)出頻率為(1-s ) f 的電流的電流Ig 轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為n、定子繞組通過電網(wǎng)短路的同步發(fā)電機。、定子繞組通過電網(wǎng)短路的同步發(fā)電機。 發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩Tg異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程w起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩不考慮永磁體時不考慮永磁體時 永磁永磁 同步同步電動機電動機轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子磁場定子磁場定子磁場n1正向旋轉(zhuǎn)正向旋轉(zhuǎn)n1反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)(1-2s ) n1 異步轉(zhuǎn)矩異步轉(zhuǎn)矩Ta磁阻負(fù)序分磁阻負(fù)序分量轉(zhuǎn)矩量轉(zhuǎn)矩TbqdX

29、X定子磁場定子磁場 (1-2s ) n1考慮永磁體時考慮永磁體時 發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩Tg永磁體磁場永磁體磁場 (1-s ) n1定子磁場定子磁場 (1-s ) n1異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程gbaavTTTT1 曲線曲線 ；2 曲線曲線 3 曲線；曲線；41、2、3的合成曲線的合成曲線sTasTbsTg起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩起動過程中的平均轉(zhuǎn)矩異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 由于永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路不對稱，由于永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路不對稱， 和和 的準(zhǔn)確計算非常復(fù)雜，工程常用近似的方法的準(zhǔn)確計算非常復(fù)雜，工程常用

30、近似的方法計算。在不要求得出具體的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線時，可計算。在不要求得出具體的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線時，可以將以將 與與 合并計算合并計算( )，且近似采用感應(yīng)，且近似采用感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)矩公式計算，再根據(jù)經(jīng)驗加以修正，電動機的轉(zhuǎn)矩公式計算，再根據(jù)經(jīng)驗加以修正，aTcbaTTTaT2211221122/2/XcXsRcRfsRmpUTcbT式中式中 為采用感應(yīng)電動機為采用感應(yīng)電動機形近似等效電路而形近似等效電路而引入的修正系數(shù)。引入的修正系數(shù)。mXXc111異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 永磁同步電動機轉(zhuǎn)子上永磁體槽的存在，其勵磁永磁同步電動機轉(zhuǎn)子上永磁體槽的存在，其勵磁電

31、抗與感應(yīng)電動機相比有較大的差別。實驗表明，電抗與感應(yīng)電動機相比有較大的差別。實驗表明，同樣結(jié)構(gòu)尺寸、繞組和氣隙的情況下，永磁同步電同樣結(jié)構(gòu)尺寸、繞組和氣隙的情況下，永磁同步電動機的動機的 比普通感應(yīng)電動機的比普通感應(yīng)電動機的 稍小，而稍小，而 則比則比 小小 得多。得多。 應(yīng)以下式予以修正應(yīng)以下式予以修正adXaqXmXmXmX aqadaqadmXXXXX2異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 經(jīng)過復(fù)雜的推導(dǎo)，可得經(jīng)過復(fù)雜的推導(dǎo)，可得 上式中第上式中第2個中括號內(nèi)的因式是該式的主要項，個中括號內(nèi)的因式是該式的主要項，表示表示永磁體磁鏈所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩永磁體磁鏈所產(chǎn)生的

32、轉(zhuǎn)矩；第；第1個中括號個中括號內(nèi)的值代表電動機轉(zhuǎn)子內(nèi)的值代表電動機轉(zhuǎn)子凸極效應(yīng)所引起的凸極凸極效應(yīng)所引起的凸極效應(yīng)效應(yīng)系數(shù)。當(dāng)系數(shù)。當(dāng)Xd=Xq時，該值為時，該值為1。22122012212221)1 ()1 ()1 ()1 ()1 (2sXXRsERsXXRsXRsfmpTqdqdqg異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 一般來說，永磁發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩對小容量電一般來說，永磁發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩對小容量電動機的平均轉(zhuǎn)矩影響較大，而對大容量電動機動機的平均轉(zhuǎn)矩影響較大，而對大容量電動機的影響則相對小些。的影響則相對小些。 異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的

33、起動過程w起動過程中的脈動轉(zhuǎn)矩起動過程中的脈動轉(zhuǎn)矩 定子定子 電流電流轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子磁場定子磁場定子磁場n1正向旋轉(zhuǎn)正向旋轉(zhuǎn)n1反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)(1-2s ) n1 qdXX定子磁場定子磁場 (1-2s ) n1永磁體永磁體永磁體磁場永磁體磁場 (1-s ) n1定子磁場定子磁場 (1-s ) n1異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程w 起動過程中的脈動轉(zhuǎn)矩起動過程中的脈動轉(zhuǎn)矩 永磁同步電動機起動過程中氣隙中存在三種不同永磁同步電動機起動過程中氣隙中存在三種不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場，其轉(zhuǎn)速分別為轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場，其轉(zhuǎn)速分別為 ， 和和 而轉(zhuǎn)速不同的定轉(zhuǎn)子磁場間的相互作用則產(chǎn)生

34、平均值而轉(zhuǎn)速不同的定轉(zhuǎn)子磁場間的相互作用則產(chǎn)生平均值為零的脈動轉(zhuǎn)矩。為零的脈動轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 的定的定( (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) )子磁場與轉(zhuǎn)速為子磁場與轉(zhuǎn)速為 的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)( (定定) )子磁場相互作用產(chǎn)生脈動頻率為子磁場相互作用產(chǎn)生脈動頻率為 的脈動轉(zhuǎn)矩，的脈動轉(zhuǎn)矩，這是由轉(zhuǎn)子起動繞組的存在和轉(zhuǎn)子磁路不對稱而引起這是由轉(zhuǎn)子起動繞組的存在和轉(zhuǎn)子磁路不對稱而引起的磁阻脈動轉(zhuǎn)矩的磁阻脈動轉(zhuǎn)矩 ，它與電動機中的永磁體無關(guān)。，它與電動機中的永磁體無關(guān)。1n11ns121ns121ns1nsf2pcT異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 的永磁磁場與轉(zhuǎn)速為的永磁磁場與轉(zhuǎn)速

35、為 和和 的磁場相互作用產(chǎn)生脈動頻率為的磁場相互作用產(chǎn)生脈動頻率為 的脈動轉(zhuǎn)矩，的脈動轉(zhuǎn)矩，其幅值其幅值 與電動機的永磁體、定子繞組和轉(zhuǎn)子與電動機的永磁體、定子繞組和轉(zhuǎn)子磁路的不對稱程度有關(guān)。磁路的不對稱程度有關(guān)。 上述兩個脈動轉(zhuǎn)矩中，由永磁體磁場引起上述兩個脈動轉(zhuǎn)矩中，由永磁體磁場引起的脈動轉(zhuǎn)矩幅值的脈動轉(zhuǎn)矩幅值 遠(yuǎn)大于由轉(zhuǎn)子起動繞組和磁遠(yuǎn)大于由轉(zhuǎn)子起動繞組和磁路不對稱所引起的脈動轉(zhuǎn)矩幅值路不對稱所引起的脈動轉(zhuǎn)矩幅值 。 pcTpmT1n11ns121nssfpmT永磁同步電動機永磁同步電動機一一永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)二二永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的

36、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 三三永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)性能 四四永磁同步電動機的磁路分析與計算永磁同步電動機的磁路分析與計算 五五永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析永磁同步電動機的參數(shù)計算和分析 六六異步起動永磁同步電動機的起動過程異步起動永磁同步電動機的起動過程 第二章第二章 永磁電機永磁電機w永磁電機的主要特點和應(yīng)用永磁電機的主要特點和應(yīng)用w永磁直流電機永磁直流電機w永磁同步電動機永磁同步電動機w永磁同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機w永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)

37、永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 永磁同步發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)與永磁同步電動機相同。永磁同步發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)與永磁同步電動機相同。其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，除不需要起動繞組外，也與永磁同其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，除不需要起動繞組外，也與永磁同步電動機相似。但由于對永磁同步發(fā)電機的性能，特步電動機相似。但由于對永磁同步發(fā)電機的性能，特別是固有電壓調(diào)整率、電壓波形正弦性畸變率和功率別是固有電壓調(diào)整率、電壓波形正弦性畸變率和功率密度的要求較高，有的運行轉(zhuǎn)速又很高密度的要求較高，有的運行轉(zhuǎn)速又很高(例如航空發(fā)電例如航空發(fā)電機的轉(zhuǎn)速通常為機的轉(zhuǎn)速通常為1000060000rpm)，其結(jié)構(gòu)布置與選，其結(jié)構(gòu)布置與選用原則有許多特點。用

38、原則有許多特點。 通常按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)通常按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，分為切向式、徑向式、混合式和軸向式四種。系，分為切向式、徑向式、混合式和軸向式四種。 永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子切向槽楔式轉(zhuǎn)子切向槽楔式轉(zhuǎn)子w徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w軸向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)軸向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中的漏磁比軸向式結(jié)切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中的漏磁比軸向式結(jié) 構(gòu)、徑向式結(jié)構(gòu)要大。但是，構(gòu)、徑

39、向式結(jié)構(gòu)要大。但是，切向式結(jié)構(gòu)中永切向式結(jié)構(gòu)中永 磁體并聯(lián)作用磁體并聯(lián)作用，有兩個永磁體截面對氣隙提供，有兩個永磁體截面對氣隙提供 每極磁通，可每極磁通，可提高氣隙磁密提高氣隙磁密，尤其在極數(shù)較多，尤其在極數(shù)較多 情況下更為突出。因此適合于極數(shù)多且要求氣情況下更為突出。因此適合于極數(shù)多且要求氣 隙磁密高的水磁同步發(fā)電機。隙磁密高的水磁同步發(fā)電機。 永磁體和極靴的固定方式不同，通常分為永磁體和極靴的固定方式不同，通常分為切向套環(huán)式結(jié)構(gòu)和切向槽楔式結(jié)構(gòu)。切向套環(huán)式結(jié)構(gòu)和切向槽楔式結(jié)構(gòu)。 切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖1極靴極靴 2套環(huán)（磁性材料段）套環(huán)（磁性材料段） 3套

40、環(huán)（非磁性材料段）套環(huán)（非磁性材料段） 4墊片墊片 5永磁體永磁體 6非磁性襯套非磁性襯套 7轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸切向槽楔式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖切向槽楔式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖1極靴極靴 2永磁體永磁體 3槽楔槽楔 4非磁性襯套非磁性襯套 5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 套環(huán)實際上是一個高強度金屬材料制成的套環(huán)實際上是一個高強度金屬材料制成的薄壁圓環(huán)，緊緊地套在轉(zhuǎn)子外圓處。通過套環(huán)薄壁圓環(huán)，緊緊地套在轉(zhuǎn)子外圓處。通過套環(huán)把永磁體、軟鐵極靴都固定在應(yīng)有的位置上。把永磁體、軟鐵極靴都固定在應(yīng)有的位置上。套環(huán)的力學(xué)特點是：在它所包容下的轉(zhuǎn)子內(nèi)部套環(huán)的力學(xué)特點是：在它所包容下的轉(zhuǎn)子內(nèi)部各組件，在整個轉(zhuǎn)速

41、范圍內(nèi)各組件，在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)( (靜止?fàn)顟B(tài)的零轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)的零轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速和超速狀態(tài)速、額定轉(zhuǎn)速和超速狀態(tài)) )，應(yīng)全部處于，應(yīng)全部處于壓縮壓縮狀態(tài)。因此在靜止?fàn)顟B(tài)裝配時，需采取狀態(tài)。因此在靜止?fàn)顟B(tài)裝配時，需采取過盈配過盈配合合。槽楔式結(jié)構(gòu)中永磁體用槽楔固定，工藝和。槽楔式結(jié)構(gòu)中永磁體用槽楔固定，工藝和結(jié)構(gòu)比較簡單，但對高速運行的發(fā)電機，套環(huán)結(jié)構(gòu)比較簡單，但對高速運行的發(fā)電機，套環(huán)式的可靠性比槽楔式高。式的可靠性比槽楔式高。 永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w 徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中永磁體的磁化方向徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中永磁體的磁化方

42、向與氣隙磁通軸線一致且離氣隙較近，與氣隙磁通軸線一致且離氣隙較近，漏磁系數(shù)漏磁系數(shù)較切向式結(jié)構(gòu)小較切向式結(jié)構(gòu)小。在一對極磁路中有兩個永磁。在一對極磁路中有兩個永磁體提供磁動勢，僅有一個永磁體截面提供每極體提供磁動勢，僅有一個永磁體截面提供每極磁通，故磁通，故氣隙磁密相對較低氣隙磁密相對較低。徑向式轉(zhuǎn)子磁路。徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中永磁體的形狀主要有環(huán)形、星形、瓦片結(jié)構(gòu)中永磁體的形狀主要有環(huán)形、星形、瓦片形和矩形四種。形和矩形四種。 徑向環(huán)形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向環(huán)形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 環(huán)形永磁體的環(huán)形永磁體的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工藝最為簡單和工藝最為簡單，可以，可以直接澆鑄或粘結(jié)在發(fā)電直接澆

43、鑄或粘結(jié)在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上，機轉(zhuǎn)軸上，機械強度較機械強度較高高，可以在較高轉(zhuǎn)速下，可以在較高轉(zhuǎn)速下運行。但是永磁材料的運行。但是永磁材料的利用率不高利用率不高。目前主要。目前主要應(yīng)用于微型和小功率發(fā)應(yīng)用于微型和小功率發(fā)電機。電機。徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)1永磁體永磁體 2非磁性材料非磁性材料 3套環(huán)（非磁性材料段）套環(huán)（非磁性材料段） 4套環(huán)（磁性材料段）套環(huán)（磁性材料段）徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 星形永磁體提高了永磁材料的利用率；可以直接星形永磁體提高了永磁材料的利用率；可以直接澆鑄或粘結(jié)在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上，結(jié)構(gòu)和工藝澆鑄或粘結(jié)

44、在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上，結(jié)構(gòu)和工藝較為簡單較為簡單；極間通常采用鋁合金澆鑄，保證了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的整體性極間通常采用鋁合金澆鑄，保證了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的整體性且起且起阻尼作用阻尼作用，既可改善發(fā)電機的瞬態(tài)性能，又可提，既可改善發(fā)電機的瞬態(tài)性能，又可提高永磁材料的抗去磁能力。但由于極間高永磁材料的抗去磁能力。但由于極間漏磁較大，充漏磁較大，充磁較為困難磁較為困難，容易造成永磁體的不均勻磁化，而且永，容易造成永磁體的不均勻磁化，而且永磁體的磁體的形狀較復(fù)雜，永磁材料的利用率偏低形狀較復(fù)雜，永磁材料的利用率偏低，因而發(fā)，因而發(fā)電機的容量受到限制。為了改善電動勢波形，星形轉(zhuǎn)電機的容量受到限制。為了改善電動勢波形，星形轉(zhuǎn)子可

45、以作成斜極。子可以作成斜極。 徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 為在盡可能小的轉(zhuǎn)子直徑內(nèi)放置盡可能大為在盡可能小的轉(zhuǎn)子直徑內(nèi)放置盡可能大的永磁體，以提高氣隙磁密，同時考慮到稀土的永磁體，以提高氣隙磁密，同時考慮到稀土永磁的矯頑力高，永磁體磁化方向長度可以小，永磁的矯頑力高，永磁體磁化方向長度可以小，近年來又多采用瓦片形永磁體和矩形永磁體。近年來又多采用瓦片形永磁體和矩形永磁體。 徑向瓦片形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向瓦片形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)1 1套環(huán)套環(huán) 2 2永磁體永磁體 3 3非磁性材料非磁性材料 4 4磁性材料襯套磁性材料襯套 5 5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸徑向矩形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向矩

46、形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)1墊片墊片 2永磁體永磁體 3非磁性材料非磁性材料 4磁性材料襯套磁性材料襯套 5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 6套環(huán)套環(huán) 7極靴極靴徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 矩形永磁體的矩形永磁體的加工費用最低，磁化均勻加工費用最低，磁化均勻，同樣永磁材料的同樣永磁材料的磁性能最好磁性能最好。瓦片形永磁體也。瓦片形永磁體也可以用矩形永磁體條組成，以減少永磁體加工可以用矩形永磁體條組成，以減少永磁體加工費用。調(diào)節(jié)瓦片形永磁體的寬度和矩形永磁體費用。調(diào)節(jié)瓦片形永磁體的寬度和矩形永磁體極靴的形狀和寬度，也就是調(diào)節(jié)極弧系數(shù)，可極靴的形狀和寬度，也就是調(diào)節(jié)極弧系數(shù)，可以以改善氣隙磁場波形改

47、善氣隙磁場波形。襯套。襯套( (即轉(zhuǎn)子軛即轉(zhuǎn)子軛) )用磁性用磁性材料制成。瓦片形和矩形永磁體之間是非磁性材料制成。瓦片形和矩形永磁體之間是非磁性材料，既可以起到阻尼作用，又對轉(zhuǎn)子軛和永材料，既可以起到阻尼作用，又對轉(zhuǎn)子軛和永磁體的固定起到一定作用，進(jìn)一步提高了高速磁體的固定起到一定作用，進(jìn)一步提高了高速運行發(fā)電機的可靠性。運行發(fā)電機的可靠性。 徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)徑向星形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 按固定永磁體的方法不同分為按固定永磁體的方法不同分為套環(huán)式和綁套環(huán)式和綁扎式扎式。套環(huán)式在性能、結(jié)構(gòu)和工藝上與前面切。套環(huán)式在性能、結(jié)構(gòu)和工藝上與前面切向式結(jié)構(gòu)相似，它既可由磁性材料和非磁性材向式結(jié)

48、構(gòu)相似，它既可由磁性材料和非磁性材料交替組合，用電子束焊接而成；也可由單一料交替組合，用電子束焊接而成；也可由單一的非磁性材料制成，使計算氣隙長度增大，但的非磁性材料制成，使計算氣隙長度增大，但它所需零件數(shù)減少，不需要電子束焊接。而綁它所需零件數(shù)減少，不需要電子束焊接。而綁扎式采用無緯玻璃絲帶綁扎工藝，既防護(hù)永磁扎式采用無緯玻璃絲帶綁扎工藝，既防護(hù)永磁體表面，又使結(jié)構(gòu)、工藝較為簡單。體表面，又使結(jié)構(gòu)、工藝較為簡單。 混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)1永磁體永磁體 2槽楔槽楔 3永磁體槽永磁體槽 4極靴極靴 5轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)是在徑向和切向都放

49、混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)是在徑向和切向都放置永磁體。它可以在一定的轉(zhuǎn)子直徑下提供置永磁體。它可以在一定的轉(zhuǎn)子直徑下提供更更高的氣隙磁密高的氣隙磁密，或者可以在氣隙磁密相同的情，或者可以在氣隙磁密相同的情況下況下縮小轉(zhuǎn)子體積縮小轉(zhuǎn)子體積。在切向永磁體和徑向永磁。在切向永磁體和徑向永磁體的尺寸、相互位置配合合理的情況下，漏磁體的尺寸、相互位置配合合理的情況下，漏磁系數(shù)可以比純切向和徑向結(jié)構(gòu)大大減少，即在系數(shù)可以比純切向和徑向結(jié)構(gòu)大大減少，即在額定輸出功率和轉(zhuǎn)子尺寸相同的情況下，減少額定輸出功率和轉(zhuǎn)子尺寸相同的情況下，減少永磁體用量。轉(zhuǎn)于內(nèi)軛采用磁性材料。混合式永磁體用量。轉(zhuǎn)于內(nèi)軛采用磁性材料?；旌鲜睫D(zhuǎn)子

50、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對轉(zhuǎn)子槽形和永磁體的加工，對轉(zhuǎn)子槽形和永磁體的加工精度要求高，制造費時精度要求高，制造費時。 軸向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)軸向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 軸向式轉(zhuǎn)子磁路的代表結(jié)構(gòu)是爪極式轉(zhuǎn)子，軸向式轉(zhuǎn)子磁路的代表結(jié)構(gòu)是爪極式轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)與永磁同步電動機相似。其結(jié)構(gòu)與永磁同步電動機相似。永磁同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機w永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)w永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的運行性能 對永磁同步發(fā)電機運行性能的要求是多方對永磁同步發(fā)電機運行性能的要求是多方面的，本節(jié)主要分析其中三個重要性能指標(biāo)面的，本節(jié)主要

51、分析其中三個重要性能指標(biāo)固有電壓調(diào)整率、短路電流倍數(shù)和電壓波形固有電壓調(diào)整率、短路電流倍數(shù)和電壓波形正弦性畸變率的計算和影響因素。正弦性畸變率的計算和影響因素。 永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的運行性能w 固有電壓調(diào)整率和降低措施固有電壓調(diào)整率和降低措施 發(fā)電機的固有電壓調(diào)整宰發(fā)電機的固有電壓調(diào)整宰U()是指在負(fù)載是指在負(fù)載變化而轉(zhuǎn)速保持不變時所出現(xiàn)的電壓變化，其數(shù)變化而轉(zhuǎn)速保持不變時所出現(xiàn)的電壓變化，其數(shù)值完全取決于發(fā)電機本身的基本特性，用額定電值完全取決于發(fā)電機本身的基本特性，用額定電壓的百分?jǐn)?shù)或標(biāo)么值表示：壓的百分?jǐn)?shù)或標(biāo)么值表示：式中式中, 為空載勵磁電動勢為空載勵磁電動勢(V)

52、； 輸出電壓輸出電壓(V)。 1000NUUEU0EU永磁同步發(fā)電機的相量圖永磁同步發(fā)電機的相量圖(a) 電阻電感負(fù)載電阻電感負(fù)載 (b) 電阻電容性負(fù)載電阻電容性負(fù)載固有電壓調(diào)整率和降低措施固有電壓調(diào)整率和降低措施 帶電阻電感性負(fù)載時，輸出電壓的計算公帶電阻電感性負(fù)載時，輸出電壓的計算公式為式為 為了降低電壓調(diào)整率，必須在給定為了降低電壓調(diào)整率，必須在給定 值的值的情況下情況下盡量增大輸出電壓盡量增大輸出電壓 ，為此既要設(shè)法，為此既要設(shè)法降降低電樞反應(yīng)引起的去磁磁通量低電樞反應(yīng)引起的去磁磁通量，又要，又要減小電樞減小電樞電阻電阻 和漏抗和漏抗 。 sincoscossincos1121122

53、222XRIXRIXIEUNNNaqNd0EU1R1X固有電壓調(diào)整率和降低措施固有電壓調(diào)整率和降低措施采取措施采取措施w 為了降低電樞反應(yīng)引起的去磁磁通量，首先為了降低電樞反應(yīng)引起的去磁磁通量，首先要增大永磁體的抗去磁能力，即增大永磁體的要增大永磁體的抗去磁能力，即增大永磁體的抗去磁磁動勢，為此抗去磁磁動勢，為此應(yīng)選用矯頑力應(yīng)選用矯頑力 大、回復(fù)大、回復(fù)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 小的永磁材料小的永磁材料；同時；同時增大永磁體磁化增大永磁體磁化方向長度，使工作點提高方向長度，使工作點提高，削弱電樞反應(yīng)的影，削弱電樞反應(yīng)的影響。如圖所示，當(dāng)響。如圖所示，當(dāng) 時，時， 。 cHr21MMhh21不同磁化方向長度

54、的永磁體積工作圖不同磁化方向長度的永磁體積工作圖1空載時的磁導(dǎo)線空載時的磁導(dǎo)線 2負(fù)載時的磁導(dǎo)線負(fù)載時的磁導(dǎo)線 3磁化方向長度磁化方向長度為為 的退磁曲線的退磁曲線 4磁化方向長度為磁化方向長度為 的退磁曲線的退磁曲線 1Mh2Mh固有電壓調(diào)整率和降低措施固有電壓調(diào)整率和降低措施其次，需其次，需減少電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)和增加轉(zhuǎn)減少電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)和增加轉(zhuǎn)子漏磁導(dǎo)子漏磁導(dǎo)以削弱電樞反應(yīng)對永磁體的去磁作用。以削弱電樞反應(yīng)對永磁體的去磁作用。為此應(yīng)選用為此應(yīng)選用剩磁密度剩磁密度 大大的永磁材料；并且應(yīng)的永磁材料；并且應(yīng)增加永磁體提供每極磁通的截面積增加永磁體提供每極磁通的截面積。w為了減小定子漏

55、抗為了減小定子漏抗 ，需要選擇，需要選擇寬而淺的定寬而淺的定子槽形子槽形；減少電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)減少電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，但要注，但要注意小的電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)使短路電流增大；意小的電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)使短路電流增大；縮短繞組端部長度，適當(dāng)加大氣隙長度，加大縮短繞組端部長度，適當(dāng)加大氣隙長度，加大長徑比等。長徑比等。 rB1X固有電壓調(diào)整率和降低措施固有電壓調(diào)整率和降低措施w 為了減小電樞電阻，需為了減小電樞電阻，需減少電樞繞組每相串減少電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)和增大導(dǎo)體截面積聯(lián)匝數(shù)和增大導(dǎo)體截面積。 在上述措施中，都將導(dǎo)致耗用更多的永磁在上述措施中，都將導(dǎo)致耗用更多的永磁體材料，所以在滿足規(guī)定的性能指標(biāo)的前提下，體材料，所以在滿足規(guī)定的性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)合理地選擇各參數(shù)，盡量減少永磁材料的用應(yīng)合理地選擇各參數(shù)，盡量減少永磁材料的用量。量。 永磁同步發(fā)電機的運行性能永磁同步發(fā)電機的運行性能w 短路電流倍數(shù)的計算短路電流倍數(shù)的計算 永磁同步發(fā)電機的短路狀態(tài)分為永磁同步發(fā)電機的短路狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)短路