电机学课件 第8章1

BJ6.TIF第8章8.1单相串激电动机8.2永磁电动机8.3正弦波永磁无刷电动机8.4矩形波永磁无刷电动机8.5开关磁阻电动机8.1单相串激电动机1.工作原理和结构特点2.单相串激电动机的电磁转矩3.单相串激电动机的电压方程和相量图4.交流串激电动机的运行特性5.单相串激电动机的应用场合1.工作原理和结构特点(1)由于交变磁场将在实心的主极铁心和定子磁轭等部件内产生较大的铁心损耗，使电机的温升升高、效率下降;为减少铁耗，交流串激电动机的定、转子铁心都用硅钢片叠压制成。(2)换向元件中除电抗电动势er和“切割”交轴磁场所产生的运动电动势ek两者之外，还将出现由于主极磁场的交变所感生的变压器电动势et，使交流串激电机的换向比直流运行时更为困难。(3)交流运行时，由于激磁绕组和电枢绕组有一定的电抗，使电动机的功率因数受到影响。图8-1单相串激电动机的接线图2.单相串激电动机的电磁转矩图8-2(t)3.单相串激电动机的电压方程和相量图JJ0803.TIF图8-3交流串激电动机的相量图4.交流串激电动机的运行特性图8-4电流-转速特性图8-5电流特性I=f()图8-6机械特性n=f()5.单相串激电动机的应用场合图8-7功率因数和效率特性cosφ，η=f()8.2永磁电动机1.永磁直流电动机2.永磁同步电动机3.永磁无刷电动机1.永磁直流电动机图8-8永磁直流电动机示意图2.永磁同步电动机永磁同步电动机的分析方法、基本方程和运行特性与普通同步电动机相似，具体分析时应注意以下几点：(1)根据转子永磁体的装置方式，确定它是隐极式还是凸极式。(2)永磁电机的主磁通Φ0是无法调节的。(3)由于有永磁体，电动机起动时的转矩-转差率曲线有其特点。图8-9永磁同步电动机示意图图8-10永磁同步电动机转子上的起动绕组图8-11永磁同步电动机起动过程中的合成电磁转矩图8-12采用磁滞起动时永磁同步图8-13采用磁滞材料的转子置于3.永磁无刷电动机图8-14永磁体在转子表面的装置方式a)凸出式b)嵌入式8.3正弦波永磁无刷电动机这种电机的特点是：(1)永磁体的表面设计成抛物线形，极弧大体为120°,使永磁体所产生的。(2)定子绕组为短距、分布绕组，以改善定子电动势的波形。(3)定子由正弦脉宽调制(SPWM)的电压型逆变器供电，。1.电压方程2.电磁功率和电磁转矩3.调速运行时电动机的运行范围1.电压方程图8-15正弦波永磁无刷电动机的相量图()2.电磁功率和电磁转矩图8-16调频运行时正弦波永磁3.调速运行时电动机的运行范围图8-17转折点B处电动机的8.4矩形波永磁无刷电动机1.定子绕组的感应电动势2.定子电流和定子磁动势3.电磁转矩和电磁功率的表达式4.电压方程5.机械特性6.矩形波和正弦波永磁无刷电动机的比较1.定子绕组的感应电动势(1)永磁体的极弧为120°，气隙磁场呈矩形波分布。(2)定子绕组为三相Y接整距集中绕组。(3)由于计算气隙(包括实际气隙和永磁体的厚度)较大，故电枢反应很小，可以忽略不计。图8-18定子相绕组的感应电动势a)定子的三相整距集中绕组b)ωt=0时永磁体的气隙磁场c)相绕组的感应电动势图8-19定子三相绕组的感应电动势和电流2.定子电流和定子磁动势(1)定·子·绕·组·所·产·生·的·合·成·磁·动·势·Fa是一个跃进式的旋转磁动势·。(2)虽然定子磁动势Fa向前推进的瞬时速度是变化的，但是Fa的平均转速仍与转子转速相同，即为同步转速。(3)由于永磁体所产生的气隙矩形波磁场与定子两组载流相带的宽度相·等·，且定·子·磁·动·势·的·平·均·转·速·与·转·子·转·速·相·等·，故作用在转子上的电磁转·矩·为·恒·定·转·矩·。图8-20ωt=30°和90°时，定子各相带中的电流和转子上的电磁转矩a)ωt=30=+I,=-I,=0,b)ωt=90=+I,=0,=-I,图8-21矩形波永磁无刷电动机、变频电源和控制系统表8-1逆变器中各开关器件的导通次序和定子三相绕组内电流的流向ωt30°~90°导通器件和相带VT1（A）VT6(Y)VT1（A）VT2(Z)VT3（B）VT2(Z)VT3（B）VT4(X)VT5（C）VT4(X)VT5（C）VT6(Y)定子绕组内的电流流向3.电磁转矩和电磁功率的表达式4.电压方程5.机械特性图8-22矩形波永磁无刷电机的机械特性6.矩形波和正弦波永磁无刷电动机的比较矩形波永磁无刷电动机的转速是通过调节直流端的电压来控制的，故控制系统比较简单，价格比较便宜；但由于换相所引起的转矩脉振，使转矩的稳定性和动态性能稍差，调速范围亦较窄，故多用于对运行性能不是要求很高的场合。8.5开关磁阻电动机1.结构特点2.工作原理3.简化分析4.开关磁阻电动机的优、缺点1.结构特点图8-236/4型开关磁阻电动机的结构图a)定、转子结构b)c)2.工作原理图8-24开关磁阻电动机的工作原理a)绕组1b)绕组1c)绕组23.简化分析(1)忽略磁饱和，认为磁路是线性的。(2)转子极弧br比定子极弧bs略大，如图8-23所示。图8-251a)()b)c)电流为理想的矩形脉冲时,1相电流所产生的磁阻转矩图8-26三相的合成磁阻转矩a)b)理想的三相矩形波电流c)三相合成转矩图8-27定子绕组单相电路图图8-28高速和低速运行时定子电流的波形a)高速时——角度控制方式b)低速时——斩波控制方式4.开关磁阻电动机的优、缺点开关磁阻电动机的主要优点是：①结构简单，制造方便，效率较高，价格较低；②损耗主要产生在定子边，所以冷却问题比较简单；③转子上没有绕组，所以可以做成高速电机；④调速范围较宽。主要缺点是：①有一定的转矩脉动，转矩和转速的稳定性稍差；②噪声较大，容量较大时噪声问题可能变得十分突出。