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无刷直流永磁电机是一种时代产物

2018-07-24

永磁电机

    交流同步电动机具有良好的运行性能,但其启动性能差;交流感应电动机具有结构简单、运行可靠的特点,但其调节性能差;直流电动机因其具有良好的调节性能和启动性能而被产业界广泛地应用。但是,对于有刷直流电动机而言,由于存在电刷换向器的机械接触机构,导致造价高,并伴有换向火花、电磁干扰、寿命短和可靠性等问题,从而又限止了它的使用范围。

    长期以来,人们希望能够在保持有刷直流电动机的良好调节性能和启动性能的前提下,消除其不足之处。经过较长时间的摸索,实现了电子换向(代替了机械换向);把原先处于电动机内部的旋转电枢转变为置于外部的静止电枢;同时反置于电动机外部的静止磁场转变成电机内部的旋转磁场,最终的结果是将有刷直流电动机转变成无刷直流永磁电动机。

无刷直流水磁电机与有刷直流电机比较

    无刷直流永磁电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。从宏观上分析,无刷直流永磁电动机和有刷直流电动机具有相同的运行机理:施加在电动机上的电压都是恒定不变的直流电压,输入电动机的电流都是直流电流,作用在电枢线圈上的电压极性和通过电枢线圈的电流方向都是交变的,电枢线圈内的感应电动势的波形基本上相似、方向交变。因此,我们对两者持有的设计思路和设计方法基本上是一致的,只是某些具体的计算略有不同。

    无刷直流永磁电动机和有刷直流电动机虽然具有相同的运行机理,但在运行性能方面存在着一定的差异:有刷直流电动机电枢绕组的元件数和换向器的换向片数多于无刷直流电动机电枢绕组的相数;在运行过程中,有刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场始终处于正交变状态,而无刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场始终在某一角度位置范围内变动,正交状态仅是其中的一个瞬时位置。因此,在其他条件相同的情况下,在运行过程中,无刷直流电动机的力矩脉动要大于有刷直流电动机的力矩脉动;无刷直流电动机的电磁力矩要小于有刷直流电动机的电磁力矩。

    交流永磁同步电动机内部存在着两个磁场:一个是电枢磁场,另一个是由转子永磁体产生的磁极磁场。当三相电机绕组内通入三相电流时,便在定子内腔的气隙内产生一个旋转的电枢磁场。

永磁同步电动机应用

    一般交流永磁同步电动机是在微电子器件、电力电子器件、变流技术、计算技术和现代控制技术的支持下,实现无刷自同步,即把一般交流永磁同步电动机转变成为自控式永磁同步电动机。获得与传统直流电动机一样良好调节性能和启动性能;但是,电动机本体内部的电磁关系和运行机理基本上没有变化。因此,一般交流永磁同步电动机的设计理念和计算方法基本上适用于自控式永磁同步电动机,只是设计人员必须根据不同的技术要求,采取不同的实施策略和方案。

    自控式永磁同步电动机与无刷直流永磁电动机,就电动机本体而言,基本上具有一样的结构:三相电枢绕组设置在定子上,永磁体磁极设置在转子上。

    目前,各种类型的永磁电机广泛应用到国民经济的各个领域,比如在家电、情况、机械、汽车工业、造纸工业、纺织工业、精密机床工业和军事工业等制造领域内得到了广泛的应用,并正处于大力发展的阶段。


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