电机学课件 第8章1.1 单相串激电动机

电机学课件 第8章1.1 单相串激电动机

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　单相串激电动机的电磁转矩(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8-20　ωt=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°时，=+I,　=-I,　=0,为驱动性质 b)ωt=90°时，=+I,　=0,　=-I,为驱动性质 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 ωt 30°~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8-23　6/4型开关磁阻电动机的结构图 a)定、转子结构　b)转子凸极处于对齐位置　c)和处于非对齐位置 2.工作原理 图8-24　开关磁阻电动机的工作原理 a)绕组1导通时，转子凸极、上的磁阻转矩 b)绕组1关断前，转子凸极、达到对齐位置 c)绕组2导通时，转子凸极、上的磁阻转矩 3.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8-25　1相的自感、自感对的导数和磁阻转矩 a)()　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)自感、和随的变化　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。