标题: 永磁电动机原理 [打印本页]

作者: 电子黑    时间: 2016-6-29 23:25
标题: 永磁电动机原理
 
永磁直流电机
Direct Current Permanent Magnet Motor

永磁直流电机是用永久磁体来建立电机所需的磁场,无需另用电源进行励磁。在电动机课件栏目里,在介绍电动机原理时磁场是永磁体产生的,那个八槽直流电动机原理模型是用一个U形永久磁铁来产生磁场。在过去由于永磁体磁性能差,磁力弱又易退磁,只在一些出力小的电机中使用,多用在玩具与教学仪器中。近十多年永磁电机得到飞快发展得益于永磁体的飞速发展,永磁直流电机也从玩具、仪器仪表、家电走向交通工具等大型电机。 

永磁直流电机的工作原理、结构与普通直流电机相似,只是用永磁体磁极代替用电流励磁的磁极,本节介绍一个小型永磁直流电动机的结构,永磁直流发电机的基本结构与之相同就不再介绍。 

这是一个四极直流电机,下图为电机的四个永磁体磁极,排列在同一圆周上。

永磁体磁极

钕铁硼是目前最好的永磁体材料,磁力非常强大、矫顽力很高,性能好的永磁电机多选用钕铁硼做磁极。磁极固定在机壳内,机壳就是磁轭,为电机提供磁路。

永磁直流电机定子

在下图中用蓝色的磁力线表示电机的磁路。

永磁直流电机的磁路

永磁电机不需励磁电流发热较少,但机壳为防铁粉污染多为密封,一般通过机壳外周多个散热片进行散热;端盖板延伸到机壳外兼做机脚,整个构成电机的定子机座,通过机脚来安装固定电机。

永磁电机定子外壳

永磁直流电机的转子由转子铁芯,转子绕组、换向器、转轴构成,与普通直流电机的转子一样,有关内容请参考电动机课件栏目直流电动机一节。

永磁直流电机转子

电流通过电刷连接转子绕组,四极电机一般有四组电刷,一同装在刷架上,共同构成电刷组件。下图显示了转子与电刷组件的相对位置。

永磁直流电机转子与电刷

把转子与电刷组件插入定子,如下图

永磁直流电机组装图

下图为合上端盖的永磁直流电机剖面图

永磁直流电机结构图

下图为永磁直流电机外观图。

永磁直流电机

永磁同步电动机
Permanent Magnet Synchronous Motor

近些年永磁同步电动机得到较快发展,其特点是功率因数高、效率高,在许多场合开始逐步取代最常用的交流异步电机,其中异步起动永磁同步电动机的性能优越,是一种很有前途的节能电机。 

在本网“电动机系列”栏目中“同步电动机原理”一节中已讲到有永久磁铁转子的同步电动机原理模型,本节将进一步介绍永磁同步电动机的原理与结构。

永磁同步电动机的定子结构与工作原理与交流异步电动机一样,多为4极形式,三相绕组按3相4极布置,通电产生4极旋转磁场。下图是有线圈绕组的定子示意图。

定子铁芯与绕组

下图是装在机座里的定子。

机座与定子

永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构,转子上安装有永磁体磁极,下左图就是一个安装有永磁体磁极的转子,永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上,称为凸装式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见下右图,这是一个4极转子。

凸装式永磁转子

根据磁阻最小原理,也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合,利用磁引力拉动转子旋转,于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。

下左图是另一种安装有永磁体磁极的转子,永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面,称为嵌入式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见下右图,这也是一个4极转子。

嵌入式永磁转子铁芯

下左图也是一种嵌入式永磁转子,永磁体嵌装在转子铁芯内部,为防止永磁体磁通短路,在转子铁芯开有空槽或在槽内填充隔磁材料。磁极的极性与磁通走向见下右图,这也是一个4极转子。

嵌入式永磁转子铁芯-2

下图为装上转轴的嵌入式永磁转子

嵌入式永磁转子

在转子铁芯两侧装上风扇然后与定子机座组装成整机,见下图。

永磁同步电动机剖面图

这种永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动,因转子惯量大,磁场旋转太快,静止的转子根本无法跟随磁场旋转。这种永磁同步电动机多用在变频调速场合,启动时变频器输出频率从0开始上升到工作频率,电机则跟随变频器输出频率同步旋转,是一种很好的变频调速电动机。 

通过在永磁转子上加装笼型绕组,接通电源旋转磁场一建立,就会在笼型绕组感生电流,转子就会像交流异步电动机一样起动旋转。这就是异步起动永磁同步电动机,是近些年开始普及的节能电机。

为了安装笼型绕组,在转子铁芯叠片圆周上冲有许多安装导电条的槽,在转子铁芯内部嵌装永磁体,永磁体安装方式有多种,也可以按前面介绍的形式安装。这里的安装方式见下图,这也是一个4极转子,为了防止永磁体的磁通通过转轴短路,在转轴与转子铁芯间加装有隔磁材料,转子的磁通走向见下图左。

笼型绕组永磁转子铁芯

笼型转子有焊接式与铸铝式:在转子每个槽内插入铜条,铜条与转子铁芯两侧的铜端环焊接形成笼型转子;与普通交流异步电动机一样采用铸铝式转子,将熔化的铝液直接注入转子槽内,并同时铸出端环与风扇叶片,是较廉价的做法,下图是一个铸铝式笼型转子。

笼型绕组永磁转子

把转子与定子、机座等部件进行组装,组装成的整机剖面图见下图。

笼型绕组永磁同步电动机剖面图

异步起动永磁同步电动机可以直接接通三相交流电源使用,方便又节能。

 



作者: 111林二    时间: 2018-7-9 16:01
有没有图纸?
作者: tudouchen    时间: 2018-7-30 16:22
有图有真相,对于外行的我都看懂了。




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