永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)詳解

時(shí)間：2020-08-05作者：南陽(yáng)云防爆科技有限公司瀏覽：111

永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)詳解



近些年永磁同步電動(dòng)機(jī)得到較快發(fā)展，其特點(diǎn)是功率因數(shù)高、效率高，在許多場(chǎng)合開(kāi)始逐步取代較常用的交流異步電機(jī)，其中異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)越，是一種很有前途的節(jié)能電機(jī)。


 1 
永磁同步電動(dòng)機(jī)
永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子
永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與工作原理與交流異步電動(dòng)機(jī)一樣，多為4較形式。圖1是安裝在機(jī)座內(nèi)的定子鐵芯，有24個(gè)槽。


圖1—定子鐵芯與機(jī)座
電機(jī)繞組按3相4較布置，采用單層鏈?zhǔn)嚼@組，通電產(chǎn)生4較旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖2是有線圈繞組的定子示意圖。


圖2--同步電動(dòng)機(jī)定子繞組
永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子
永磁同步電動(dòng)機(jī)與普通異步電動(dòng)機(jī)的不同是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體磁較，永磁體在轉(zhuǎn)子中的布置位置有多種，下面介紹幾種主要形式。
永磁體轉(zhuǎn)子鐵芯仍需用硅鋼片疊成，因?yàn)橛来磐诫妱?dòng)機(jī)基本都采用逆變器電源驅(qū)動(dòng)，即使產(chǎn)生正弦波的變頻器輸出都含有高頻諧波，若用整體鋼材會(huì)產(chǎn)生渦流損耗。
**種形式：圖3左圖就是一個(gè)安裝有永磁體磁較的轉(zhuǎn)子，永磁體磁較安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯圓周表面上，稱為表面凸出式永磁轉(zhuǎn)子。磁較的極性與磁通走向見(jiàn)圖3右圖，這是一個(gè)4較轉(zhuǎn)子。


圖3--表面凸出式永磁轉(zhuǎn)子
根據(jù)磁阻較小原理，也就是磁通總是沿磁阻較小的路徑閉合，利用磁引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，于是永磁轉(zhuǎn)子就會(huì)跟隨定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。
*二種形式：圖4中，左圖是另一種安裝有永磁體磁較的轉(zhuǎn)子，永磁體磁較嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯表面，稱為表面嵌入式永磁轉(zhuǎn)子。磁較的極性與磁通走向見(jiàn)圖4右圖，這也是一個(gè)4較轉(zhuǎn)子。


圖4--表面嵌入式永磁轉(zhuǎn)子
*三種形式：在較大的電機(jī)用得較多是在轉(zhuǎn)子內(nèi)部嵌入永磁體，稱為內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子（或稱為內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子或內(nèi)嵌式永磁轉(zhuǎn)子），永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，鐵芯內(nèi)開(kāi)有安裝永磁體的槽，永磁體的布置主要方式見(jiàn)圖5。在每一種形式中又有采用多層永磁體進(jìn)行組合的方式。


圖5--內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子的形式
下面就徑向式布置的轉(zhuǎn)子為例做介紹。圖6是轉(zhuǎn)子鐵芯，為防止永磁體磁通短路，在轉(zhuǎn)子鐵芯還開(kāi)有隔磁空槽，槽內(nèi)也可填充隔磁材料。


圖6--內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子鐵芯
把永磁體插入轉(zhuǎn)子鐵芯的安裝槽內(nèi)，見(jiàn)圖7左圖。磁較的極性與磁通走向見(jiàn)圖7右圖，可看出隔磁空槽減小漏磁的作用。這是一個(gè)4較轉(zhuǎn)子。


圖7--內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子磁通
永磁同步電動(dòng)機(jī)
在安裝好永磁體的轉(zhuǎn)子鐵芯插入轉(zhuǎn)軸，并在轉(zhuǎn)子鐵芯兩側(cè)安裝好散熱風(fēng)扇，見(jiàn)圖8。


圖8--內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子
把轉(zhuǎn)子插入定子內(nèi)，安裝好端蓋，組裝成整機(jī)，見(jiàn)圖9。


圖9--永磁同步電動(dòng)機(jī)剖視圖
永磁同步電動(dòng)機(jī)不能直接通三相交流的啟動(dòng)，因轉(zhuǎn)子慣量大，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)太快，靜止的轉(zhuǎn)子根本無(wú)法跟隨磁場(chǎng)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的電源采用變頻調(diào)速器提供，啟動(dòng)時(shí)變頻器輸出頻率從0開(kāi)始連續(xù)上升到工作頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速則跟隨變頻器輸出頻率同步上升，改變變頻器輸出頻率即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，是一種很好的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
在電動(dòng)汽車中廣泛采用永磁同步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，圖10是網(wǎng)絡(luò)上的照片，是比亞迪電動(dòng)大巴的輪邊電機(jī)，為永磁同步電動(dòng)機(jī)，最大功率90kW。永磁同步電動(dòng)機(jī)已在高鐵動(dòng)車組作為牽引電機(jī)使用，功率在600kW以上。


圖10 電動(dòng)大巴永磁同步電動(dòng)機(jī)

 2 
異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)
異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速器大大增加了電機(jī)成本，在不需要調(diào)速的場(chǎng)合，直接用三相交流電供電的方法，在永磁轉(zhuǎn)子上加裝籠型繞組。有籠型繞組的永磁轉(zhuǎn)子在接通電源旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一建立，就會(huì)在籠型繞組感生電流，轉(zhuǎn)子就會(huì)像交流異步電動(dòng)機(jī)一樣啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)就會(huì)跟上同步旋轉(zhuǎn)。這就是異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)，是近些年開(kāi)始普及的節(jié)能電機(jī)。
為了安裝籠型繞組，在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片圓周上沖有許多安裝導(dǎo)電條的槽（孔），槽的形狀可為方形、圓形或類似普通轉(zhuǎn)子的嵌線槽，見(jiàn)圖11。


圖11--籠型繞組永磁轉(zhuǎn)子鐵芯
在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部嵌裝永磁體，永磁體安裝方式為切向式，當(dāng)然也可以采用其他形式安裝。圖12左圖是切向安裝永磁體的籠型繞組轉(zhuǎn)子，這也是一個(gè)4較轉(zhuǎn)子，為了防止永磁體的磁通通過(guò)轉(zhuǎn)軸短路，在轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子鐵芯間加裝有隔磁材料，轉(zhuǎn)子的磁通走向見(jiàn)圖12右圖。


圖12--籠型繞組的永磁轉(zhuǎn)子磁通
焊接式籠型轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子每個(gè)槽內(nèi)插入銅條，銅條與轉(zhuǎn)子鐵芯兩端的銅端環(huán)焊接形成籠型轉(zhuǎn)子。鑄鋁式籠型轉(zhuǎn)子與普通交流異步電動(dòng)機(jī)一樣采用鑄鋁方式制作，將熔化的鋁液直接注入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并同時(shí)鑄出端環(huán)與風(fēng)扇葉片，在端環(huán)上要留插入永磁體的缺口，鑄鋁式籠型轉(zhuǎn)子是廉價(jià)的做法，圖13是一個(gè)鑄鋁式籠型轉(zhuǎn)子。


圖13--籠型繞組永磁轉(zhuǎn)子
把轉(zhuǎn)子與定子、機(jī)座等部件進(jìn)行組裝，組裝成的整機(jī)剖視圖見(jiàn)圖14。


圖14--異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)剖視圖


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