永磁直流電機(jī)

1、Permanent Magnet DC Motor 永磁直流電機(jī)永磁直流電機(jī)機(jī)自機(jī)自09-5班班 第一組第一組永磁直流電機(jī)永磁直流電機(jī)l概述概述l永磁直流電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速特性永磁直流電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速特性lSimulink實(shí)例分析實(shí)例分析l永磁直流電機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展永磁直流電機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展一一.概述概述永磁直流電機(jī)是用永磁體建立磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)永磁直流電機(jī)是用永磁體建立磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)直流電能直流電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的一種直流電機(jī)的一種直流電機(jī)永磁直流電機(jī)與傳統(tǒng)他勵(lì)直流電機(jī)特性類(lèi)似永磁直流電機(jī)與傳統(tǒng)他勵(lì)直流電機(jī)特性類(lèi)似永磁體取代其定子上的勵(lì)磁系統(tǒng)永磁體取代其定子上的勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小廣泛用于家電、辦公設(shè)備、電動(dòng)工具醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛用于家電、辦公設(shè)備、電動(dòng)工具醫(yī)療等領(lǐng)域1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)直流電機(jī)定子定子機(jī)殼機(jī)殼磁鋼磁鋼機(jī)械支撐部分機(jī)械支撐部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子沖片轉(zhuǎn)子沖片/絕緣絕緣漆包線(xiàn)漆包線(xiàn)換向器換向器機(jī)械支撐部分機(jī)械支撐部分軸承軸承磁鋼支架磁鋼支架轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸套軸套端蓋端蓋碳刷碳刷碳刷支架碳刷支架EMC組件組件機(jī)械支撐部分機(jī)械支撐部分端蓋端蓋軸承軸承1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)-爆炸圖爆炸圖2.工作原理工作原理F=BlIB磁通密度磁通密度;L通電導(dǎo)體長(zhǎng)度；通電導(dǎo)體長(zhǎng)度；I 導(dǎo)體中電流；導(dǎo)體中電流；F方向方向左手定則左手定則.二二.永磁直流電機(jī)的機(jī)械特性永磁直流電

3、機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性曲線(xiàn)與機(jī)械特性曲線(xiàn)與縱軸的交點(diǎn)為電磁轉(zhuǎn)縱軸的交點(diǎn)為電磁轉(zhuǎn)矩等于零時(shí)電動(dòng)機(jī)的矩等于零時(shí)電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 n0 (idle-no load) 機(jī)械特性曲線(xiàn)與機(jī)械特性曲線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)為電機(jī)堵橫軸的交點(diǎn)為電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)(n=0)的轉(zhuǎn)矩，即的轉(zhuǎn)矩，即電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)矩Tk(locked torque) eaKUn0aatkURKT 機(jī)械特性機(jī)械特性是指控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的是指控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速隨隨轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系變化的關(guān)系轉(zhuǎn)速公式：轉(zhuǎn)速公式：geiaeaTKKRKUn三三.永磁直流電機(jī)調(diào)速特性永磁直流電機(jī)調(diào)速特性l電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路

4、串電阻調(diào)速l調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速l弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn由轉(zhuǎn)速公式：由轉(zhuǎn)速公式：可知，有三種調(diào)速方式：可知，有三種調(diào)速方式：三三.永磁直流電機(jī)調(diào)速特性永磁直流電機(jī)調(diào)速特性工作條件：工作條件： 保持勵(lì)磁，電壓不變保持勵(lì)磁，電壓不變 ；調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)節(jié)過(guò)程： 增加電阻增加電阻 Ra R R n ，n0不變；不變；調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線(xiàn)變軟轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線(xiàn)變軟。1.電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn三三.永磁直流電機(jī)調(diào)速永磁直流電機(jī)調(diào)速工作條件：工作條件： 保持勵(lì)磁，保持電阻保持勵(lì)磁，保持電阻 不變

5、不變調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)節(jié)過(guò)程： 改變電壓改變電壓 Ua U U n ， n0 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線(xiàn)平行下移。轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線(xiàn)平行下移。2.調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn三三.永磁直流電機(jī)調(diào)速永磁直流電機(jī)調(diào)速弱磁調(diào)速：弱磁調(diào)速：l永磁電機(jī)永磁體不容易調(diào)磁，一般不采用永磁電機(jī)永磁體不容易調(diào)磁，一般不采用l混合勵(lì)磁混合勵(lì)磁四四. 永磁直流電機(jī)的主要特點(diǎn)永磁直流電機(jī)的主要特點(diǎn)l永磁電機(jī)不需要直流勵(lì)磁電源?？梢詼p少電源的耗電永磁電機(jī)不需要直流勵(lì)磁電源?？梢詼p少電源的耗電量，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值l永磁電機(jī)沒(méi)有勵(lì)磁繞組，節(jié)省電機(jī)的用銅量

6、，減少電永磁電機(jī)沒(méi)有勵(lì)磁繞組，節(jié)省電機(jī)的用銅量，減少電氣銅耗。特別是在微型和小容量范圍內(nèi)，電機(jī)的重量，氣銅耗。特別是在微型和小容量范圍內(nèi)，電機(jī)的重量，體積，效率和成本都得到改善體積，效率和成本都得到改善l永磁電機(jī)中永磁材料的磁場(chǎng)是恒定的，因此永磁電機(jī)永磁電機(jī)中永磁材料的磁場(chǎng)是恒定的，因此永磁電機(jī)電壓調(diào)整率差，調(diào)速也一般通過(guò)改變電樞電壓電壓調(diào)整率差，調(diào)速也一般通過(guò)改變電樞電壓/電流來(lái)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)l受材料限制，永磁電機(jī)以微型和小容量為主受材料限制，永磁電機(jī)以微型和小容量為主五五.永磁直流電機(jī)的永磁直流電機(jī)的simulink仿真仿真在在0.1s時(shí)時(shí)施加堵轉(zhuǎn)矩施加堵轉(zhuǎn)矩該模型是驗(yàn)證該模型是驗(yàn)證Fau

7、lhaber 0615系列微型直系列微型直 流電機(jī)的特性參數(shù)：空載轉(zhuǎn)速流電機(jī)的特性參數(shù)：空載轉(zhuǎn)速= 19100 rpm 空載電流空載電流= 0.03 A，堵轉(zhuǎn)矩，堵轉(zhuǎn)矩= 0.24 mNm。 DC Motor電路參數(shù)為：電路參數(shù)為：轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻 R= 3.9 Ohms，轉(zhuǎn)子電感轉(zhuǎn)子電感 L= 12mH電勢(shì)常數(shù)電勢(shì)常數(shù) K= 0.072mV/rpm，轉(zhuǎn)子慣量轉(zhuǎn)子慣量 J= 0.01gcm2摩擦力矩摩擦力矩 Mr= 0.02mNm。 ？如何驗(yàn)證堵轉(zhuǎn)矩的大?。咳绾悟?yàn)證堵轉(zhuǎn)矩的大小l對(duì)于微型直流電機(jī)我們可以忽略空載轉(zhuǎn)矩和克對(duì)于微型直流電機(jī)我們可以忽略空載轉(zhuǎn)矩和克服慣性的加速轉(zhuǎn)矩。則電磁轉(zhuǎn)矩可以近似

8、等于服慣性的加速轉(zhuǎn)矩。則電磁轉(zhuǎn)矩可以近似等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因?yàn)楫?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因?yàn)楫?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為堵轉(zhuǎn)矩，所以當(dāng)微型直流電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的為堵轉(zhuǎn)矩，所以當(dāng)微型直流電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可近似看成堵轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩可近似看成堵轉(zhuǎn)矩。五五.永磁直流電機(jī)仿真結(jié)果永磁直流電機(jī)仿真結(jié)果電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn))(dtdJTTKKRKUCIRUnlfeiaeaeaaa五五.修改模型修改模型l1.改變供給電壓。改變供給電壓。l2.改變電機(jī)的負(fù)載改變電機(jī)的負(fù)載。1. 改變電機(jī)供給電壓改變電機(jī)供給電壓l將電壓降低為將電壓降低為1.25V1. 改變電機(jī)供給電壓改變

9、電機(jī)供給電壓電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn1. 改變電機(jī)供給電壓改變電機(jī)供給電壓l降低負(fù)載，將降低負(fù)載，將Final aule值改值改為為-2e-31. 改變電機(jī)供給電壓改變電機(jī)供給電壓電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn2. 改變電機(jī)外負(fù)載改變電機(jī)外負(fù)載l某些電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)速。某些電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如電風(fēng)扇的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為如電風(fēng)扇的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為alpha*speed2 。alpha = -1e-10 Nm/(rad/s)2 l則只要將上述模型建立負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的則只要將上述模型建立負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可以得到電風(fēng)扇的仿真模型。關(guān)系，可以得到電風(fēng)扇的仿真模型。PS Gain的值取為的值取為-1e-10電風(fēng)扇的電風(fēng)扇的Simulink仿真模型仿真模型3. 改變電機(jī)外負(fù)載改變電機(jī)外負(fù)載電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)電流曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn))(dtdJTTKKRKUCIRUnlfeiaeaeaaa六六. 永磁直流電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展永磁直流電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展l永磁直流電機(jī)沒(méi)有勵(lì)磁繞組，體積小，重量輕，永磁直流電機(jī)