永磁同步電機(jī)學(xué)習(xí)筆記

1、1.內(nèi)功率因數(shù)角：定子相電流與空載反電勢(shì)的夾角，定子相電流超前時(shí)為正。2.功率角（轉(zhuǎn)矩角）：外施相電壓超前空載反電勢(shì)的角度，是表征負(fù)載大小的象征。3.功率因數(shù)角：外施相電壓與定子相電流的夾角。4.內(nèi)功率因數(shù)角決定直軸電樞反應(yīng)是出于增磁還是去磁狀態(tài)的因素。5.實(shí)際的空載反電勢(shì)由磁鋼產(chǎn)生的空載氣隙磁通在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生，當(dāng)實(shí)際反電勢(shì)大于臨界反電勢(shì)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于去磁工作狀態(tài)?？蛰d損耗與空載電流是永磁電機(jī)出廠試驗(yàn)的兩個(gè)重要指標(biāo)，而空載反電勢(shì)對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)的影響尤其重大。空載反電勢(shì)變動(dòng)時(shí)空載損耗和空載電流也有一個(gè)最小值，空載反電勢(shì)設(shè)計(jì)得過大或過小都會(huì)導(dǎo)致空載損耗和空載電流的上升，這是因?yàn)檫^大或過小都會(huì)

2、導(dǎo)致空載電流中直軸電流分量急劇增大的緣故。還對(duì)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能均影響較大。永磁機(jī)的尺寸和性能改變時(shí)，曲線定子電流I=f(E)是一條V形曲線。（類似于電勵(lì)磁同步機(jī)定子電流和勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線）6.由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的直軸同步電抗一般小于交軸同步電抗，磁阻轉(zhuǎn)矩為一負(fù)正弦函數(shù)，因而矩角特性曲線上最大值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角大于90度，而不像電勵(lì)磁同步電機(jī)那樣小于90度。這是一個(gè)特點(diǎn)。7.工作特性曲線： 知道了空載反電勢(shì)、直軸同步電抗、交軸同步電抗和定子電阻后，給出一系列不同的轉(zhuǎn)矩角，便可以求出相應(yīng)的輸入功率，定子相電流和功率因數(shù)，然后求出電動(dòng)機(jī)在此時(shí)的損耗，便可以得到電動(dòng)機(jī)出去功率和效率，從而得到電動(dòng)機(jī)

3、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能與輸出功率之間的關(guān)系曲線，即為電動(dòng)機(jī)工作曲線。8.鐵心損耗： 電動(dòng)機(jī)溫度和負(fù)載變化導(dǎo)致磁鋼工作點(diǎn)改變，定子齒、軛部磁密也隨之變化。溫度越高，負(fù)載越大，定子齒、軛部的磁密越小，鐵耗越小。工程上采用與感應(yīng)電機(jī)鐵耗類似的公式，然后進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)修正。9.計(jì)算極弧系數(shù)： 氣隙磁密平均值與最大值的比值。它的大小決定氣隙磁密分布曲線的形狀，因而決定勵(lì)磁磁勢(shì)分布的形狀、空氣隙的均勻程度以及磁路的飽和程度。其大小還影響氣隙基波磁通與氣隙總磁通比值，即磁鋼利用率，和氣隙中諧波的大小。10.永磁電機(jī)氣隙長(zhǎng)度： 是非常關(guān)鍵的尺寸。盡管他對(duì)于永磁機(jī)的無(wú)功電流影響不如感應(yīng)電機(jī)敏感，但對(duì)于交直軸電抗影響很大，繼而影

4、響電動(dòng)機(jī)的其他性能。還對(duì)電動(dòng)機(jī)的裝配工藝和雜散損耗影響較大。11.空載漏磁系數(shù)： 是很重要的參數(shù)，是空載時(shí)總磁通與主磁通之比，是個(gè)大于1 的數(shù)，反映空載時(shí)永磁體向外磁路提供的總磁通的有效利用程度?？蛰d漏磁系數(shù)以磁導(dǎo)表示的表達(dá)式又正好是負(fù)載時(shí)外磁路應(yīng)用戴維寧定理進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換的變換系數(shù)，同時(shí)由于負(fù)載情況的不同，電樞磁動(dòng)勢(shì)大小不同，磁路的飽和程度也隨之改變，氣隙磁導(dǎo)、漏磁導(dǎo)和空載漏磁系數(shù)都不是常數(shù)。一方面，空載漏磁系數(shù)大表明漏磁導(dǎo)大，磁鋼利用率差。另一方面，空載漏磁系數(shù)大表明電樞反映的分流作用大，電樞反應(yīng)對(duì)磁鋼的實(shí)際作用值就小，磁鋼的抗去磁能力強(qiáng)。它不僅標(biāo)志著磁鋼的利用程度，而且對(duì)磁鋼材料的抗去磁能

5、力和電動(dòng)機(jī)性能有較大影響，還對(duì)弱磁擴(kuò)速有影響。極弧系數(shù)越大，氣隙長(zhǎng)度越小，點(diǎn)擊的極間漏磁系數(shù)越小。在正常設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，磁鋼磁化方向長(zhǎng)度越大，電機(jī)的氣隙長(zhǎng)度卻大，磁鋼端部漏磁計(jì)算系數(shù)越大。12.對(duì)調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)來(lái)講，磁鋼去磁最嚴(yán)重的情況是運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)繞組突然短路。短路電流產(chǎn)生直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)而對(duì)磁鋼起去磁作用。13.計(jì)算交直軸電抗時(shí)，可不考慮直軸電樞反映電抗的非線性，但是必須考慮交軸磁路的飽和對(duì)交軸電樞反映電抗的影響。14.相對(duì)地，直軸電樞反映電抗對(duì)永磁機(jī)性能影響比交軸電樞反映更加敏感。增加磁鋼磁化方向長(zhǎng)度以減小直軸電樞反映電抗，可以明顯提高電動(dòng)機(jī)的過載能力。為得到較高的功率因數(shù)和空載反電勢(shì)，

6、可增加繞組匝數(shù)和鐵心長(zhǎng)度，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致直、交軸電樞反映電抗，使得電動(dòng)機(jī)過載能力變小。15.表面凸出式永磁電機(jī)性能類似于隱極，故而交直軸電樞反映磁密的波形系數(shù)等于1。 表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)分為凸出式和插入式。由于永磁材料的相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率接近1，故表面凸出的電磁性能屬于隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。表面插入式的相鄰兩永磁磁極間有著磁導(dǎo)率很大的鐵磁材料，故在電磁性能上屬于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。16.負(fù)載法既可以考慮磁路的飽和，又計(jì)及直、交軸磁場(chǎng)的相互影響（共磁路）。17.磁鋼尺寸設(shè)計(jì)不合理、漏磁系數(shù)過小、電樞反映過大、所選用磁鋼的內(nèi)稟矯頑力過低和電動(dòng)機(jī)工作溫度過高等因素都可以導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)中永磁體的失磁。因此要準(zhǔn)確計(jì)算和合理設(shè)計(jì)

7、磁鋼的最大去磁工作點(diǎn)。18.永磁同步機(jī)一般設(shè)計(jì)的即便在輕載運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)和效率也比較高，是一個(gè)非?？少F的優(yōu)點(diǎn)。19.設(shè)計(jì)中可通過增大繞組串聯(lián)匝數(shù)和增加磁鋼用量來(lái)提高空載反電勢(shì)。前者只能在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩、失步轉(zhuǎn)矩有裕度的前提下實(shí)現(xiàn)；后者要保證電機(jī)磁路不能過于飽和及制造成本的問題。20.較高的空載反電勢(shì)不僅可以提高穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是功率因數(shù)，還可以使得運(yùn)行于沖擊負(fù)載下的永磁同步機(jī)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、高的平均功率因數(shù)和平均效率。較高功率因數(shù)還使得定子電流變小、銅耗下降、效率提高和溫度下降。故而設(shè)計(jì)高功率因數(shù)的永磁機(jī)是提高電動(dòng)機(jī)效率的一條重要途徑。21.永磁機(jī)雜散損耗比同規(guī)格感應(yīng)機(jī)大。前者氣隙磁場(chǎng)諧波

8、含量比后者大。極弧系數(shù)（磁鋼槽及隔磁措施有關(guān)）設(shè)計(jì)不合理，氣隙磁場(chǎng)諧波尤其大。采用Y星形接法雙層短距或正弦繞組，合理設(shè)計(jì)極弧系數(shù)，減小槽開口寬或采用閉口槽、磁性槽楔（減小齒磁導(dǎo)諧波導(dǎo)致的雜耗，但漏磁系數(shù)和槽漏抗有所增大）。適當(dāng)加大氣隙長(zhǎng)度。通常要大于0.010.02cm，容量越大大的越多。22.變頻器供電加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁機(jī)。反電勢(shì)和供電波形都是矩形波的電動(dòng)機(jī)叫無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，都是正弦波的叫正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)。23.矩形波永磁機(jī)中磁鋼所跨極弧角小于180°時(shí)，隨著極弧角的增大，電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩也單調(diào)增大。但是電動(dòng)機(jī)的紋波轉(zhuǎn)矩含量與極弧角的關(guān)系則較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)是要

9、同時(shí)考慮這兩個(gè)因素。24.只有當(dāng)電流與反電勢(shì)同向時(shí)電動(dòng)機(jī)才能得到單位電流轉(zhuǎn)矩的最大值。（定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交）25.正弦波永磁同步機(jī)的控制運(yùn)行是與系統(tǒng)中的逆變器密切相關(guān)的，其運(yùn)行性能收逆變器制約。最明顯的是電動(dòng)機(jī)的相電壓有效值的極限值和相電流的有效極限值要受到逆變器直流側(cè)電壓和逆變器的最大輸出電流的限制。（當(dāng)逆變器直流側(cè)電壓最大值為U時(shí)，Y接的電動(dòng)機(jī)可達(dá)到的最大基波相電壓有效值U1=U/根號(hào)6。在dq軸系統(tǒng)中的電壓極限值為u=根號(hào)3*U）。26.電壓極限橢圓： 對(duì)某一給定轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)候，定子電流矢量不能超過該轉(zhuǎn)速下的橢圓軌跡最多落在橢圓上。隨著轉(zhuǎn)速的提高，電壓極

10、限橢圓的長(zhǎng)軸與短軸與轉(zhuǎn)速成反比相應(yīng)縮小，形成了一簇橢圓曲線。27.電流極限圓：定子電流空間矢量既不能超過電動(dòng)機(jī)的電壓極限橢圓，也不能超過電流極限圓。28.q軸代表永磁轉(zhuǎn)矩，恒轉(zhuǎn)矩曲線上各點(diǎn)是永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的合成。當(dāng)轉(zhuǎn)矩小時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩/電流軌跡靠近q軸，表明永磁轉(zhuǎn)矩起主導(dǎo)作用；當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，與電流平方成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩要比與電流呈線性關(guān)系的永磁轉(zhuǎn)矩增加的更快，故會(huì)遠(yuǎn)離q軸。進(jìn)一步，定子齒的局部飽和將導(dǎo)致定子電流增加時(shí)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩/電流軌跡想q軸靠近。29.矢量控制方法： 1）直軸電流i=0控制。從端口看相當(dāng)于一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與磁鋼磁場(chǎng)空間矢量正

11、交。對(duì)表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，此時(shí)單位定子電流獲得最大轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速即取決于逆變器可提供的最高電壓，也決定于電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)可達(dá)到的最高電壓越大，輸出轉(zhuǎn)矩越小，最高轉(zhuǎn)速越高。30.一般對(duì)于調(diào)速永磁機(jī)主要的要求是：調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速準(zhǔn)確、單位電流轉(zhuǎn)矩大。31.調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)是與相匹配的功率系統(tǒng)的有關(guān)性能密不可分。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合和有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，首先確定電動(dòng)機(jī)的控制策略和逆變器的容量，然后根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)。32.PM傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特征是它的調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。調(diào)速范圍分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)和恒功率調(diào)速區(qū)。用工作周期來(lái)表

12、示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程。動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能常常以靜止加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的加速時(shí)間來(lái)表示（kW級(jí)別的電動(dòng)機(jī)一般僅幾十ms）。最大轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的3倍左右。33.調(diào)速永磁同步電機(jī)的主要尺寸可以由所需的最大轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)確定。當(dāng)最大電磁轉(zhuǎn)矩指標(biāo)為，則有： -（1）式中 -氣隙磁密基波幅值（T）； A - 定子電負(fù)荷有效值（A/cm），-（2）當(dāng)選定電動(dòng)機(jī)的電磁負(fù)荷后，電動(dòng)機(jī)的主要尺寸-（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)的要求體現(xiàn)為在最大電磁轉(zhuǎn)矩作用下，電動(dòng)機(jī)在時(shí)間內(nèi)可線性地由靜止加速到轉(zhuǎn)折速度（此時(shí)的轉(zhuǎn)折速度又稱為基本轉(zhuǎn)速），即-（4） 式中 J-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）。電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩與

13、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比-（5）而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似表示為-（6）將（1）和（6）代入（5）就可以得到定子外徑-（7）從而確定了定子內(nèi)徑和鐵心長(zhǎng)度這兩個(gè)主要尺寸。定子外徑的確定在保證散熱的前提下可以為提高電動(dòng)機(jī)效率而增大外徑和降低成本而減小外徑。34.永磁體設(shè)計(jì) 磁鋼尺寸連同電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，便決定了電動(dòng)機(jī)的磁負(fù)荷，而磁負(fù)荷則決定著電動(dòng)機(jī)的功率密度和損耗。表面轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，磁鋼尺寸近似地：-（8）35.磁鋼磁化方向長(zhǎng)度直接決定了電動(dòng)機(jī)直軸電感的大小和永磁磁鏈的大小。36.磁鋼的磁化方向長(zhǎng)度與電動(dòng)機(jī)氣隙長(zhǎng)度由很大關(guān)系，氣隙越長(zhǎng)，磁鋼的磁化方向長(zhǎng)度也越大。37.正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中磁鋼產(chǎn)生的氣隙磁密并不呈正弦波分布，因而時(shí)必須合理設(shè)計(jì)電樞繞組以減少轉(zhuǎn)矩紋波。38.影響PM停轉(zhuǎn)時(shí)定位精度的主要原因是PM的定位力矩該力矩力圖使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子定位與某一位置。定位力矩主要由轉(zhuǎn)子中的磁鋼與定子開槽的相互影響而產(chǎn)生。當(dāng)磁鋼的磁極寬度為整數(shù)個(gè)定子齒距時(shí)，可使得齒磁導(dǎo)諧波引起的定位力矩得到有效的抑制。39.直軸（d軸）：主磁極軸線（縱線）； 交軸（q軸）：轉(zhuǎn)子相臨磁極軸線間的中心