公司新聞
[點(diǎn)擊量:4001][來(lái)源:立新]
2013-08-28
同步電機(jī)之關(guān)于U形鐵心單相永磁同步電動(dòng)機(jī)
6 . 7 . 1結(jié)構(gòu)原理
1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
在小功率電動(dòng)機(jī)中目前依然是小功率直流電動(dòng)機(jī)和小功率感應(yīng)電動(dòng)機(jī)占主要地位。如本章前面所述,由于永磁材料的出現(xiàn),一種具有自起動(dòng)能力的同步電動(dòng)機(jī)已引起人們的普遍關(guān)注。但是這種結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子集勵(lì)磁與起動(dòng)功能于一身,由于其功能的繁多而結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。近年來(lái),一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且有自起動(dòng)能力的單相永磁同步電動(dòng)機(jī)引起了人們普遍注意。這種電機(jī)被稱為U形鐵心自起動(dòng)單相永磁同步電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6一21所示,其中定子鐵心由U形硅鋼片的沖片疊成,其鐵心端部沖成具有不均勻階梯形氣隙的定子內(nèi)徑。定子繞組一般繞制成兩個(gè)串接在一起的集中繞組。由單相繞組供電而在氣隙中產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。而轉(zhuǎn)子則由兩個(gè)被平行磁化成兩極的兩個(gè)半圓形永磁體,永磁體可以是鐵氧體、鋁鎳鉆和NdFeB材料制成。在永磁體外側(cè)還有一個(gè)銅質(zhì)材料制成的套筒,該套筒采用一種特殊套接結(jié)構(gòu)。它除了能套牢轉(zhuǎn)子磁極外還具有阻尼繞組作用。
2.工作原理
由于定子鐵心采用單相繞組,所以應(yīng)該說(shuō)氣隙中磁場(chǎng)是脈振磁場(chǎng)。如果采用均勻氣隙時(shí),定子繞組斷電時(shí),永磁體磁極中心成ab將位于定子內(nèi)圓幾何中心dd位置上,通電后,定子繞組產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)軸線也就是dd線與永磁磁極軸線ab的夾角為0o,于是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,故此電動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)采用不均勻氣隙,那么未通電時(shí),由于氣隙的不對(duì)稱,轉(zhuǎn)子磁極軸線a一b將會(huì)停留在氣隙最小,磁阻最小的位置上,此時(shí)它與定子內(nèi)圓幾何中心線d一d之間夾角占。,由于永磁體(特別是鐵氧體)的磁導(dǎo)率與空氣磁導(dǎo)率接近,轉(zhuǎn)子永磁體也可以看成是氣隙的一部分,如果忽略氣隙的不均勻性,可以認(rèn)為定子磁場(chǎng)的中心線就是定子內(nèi)圓幾何中心線d d 。電動(dòng)機(jī)通電瞬間,定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)間仍存在夾角。 。,它們相互作用產(chǎn)生了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,則電動(dòng)機(jī)便起動(dòng)起來(lái),經(jīng)過(guò)兩三個(gè)振蕩便達(dá)到同步速度,并將保持同步速度旋轉(zhuǎn)。
由于定子繞組中通人單相電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)是脈動(dòng)磁場(chǎng),根據(jù)雙反應(yīng)理論,它可以分解為正反向兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),也就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向即可是順時(shí)針?lè)较蛞部墒欠磿r(shí)鐘方向,即此種電動(dòng)機(jī)沒(méi)有固定的轉(zhuǎn)向。此外,轉(zhuǎn)子表面所套的銅套筒中能形成具有阻尼性質(zhì)的異步轉(zhuǎn)矩,即當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n,小于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n時(shí)起減速作用。由于此電動(dòng)機(jī)是一個(gè)單相電動(dòng)機(jī),因而此電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題是它的關(guān)鍵問(wèn)題。
6 . 7 . 2數(shù)學(xué)模型
1.穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型
U形鐵心單相永磁同步電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型是分析電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能的基礎(chǔ),通過(guò)該模型可以方便的計(jì)算出在不同負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)以及電磁轉(zhuǎn)矩等。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),電流、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都具有與電源電壓相同的頻率,因此有。
2.等效電路及相t圖
由式(6一109)和式(6一113)兩式可得到U形單相永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的等效電路如圖6一22所示。
U形鐵心單相永磁電動(dòng)機(jī)的矩角特性如圖6一24所示。從上式可見(jiàn),U形單相永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電磁力矩由兩部分構(gòu)成,等式右端第一項(xiàng)由永磁體磁場(chǎng)與定子電樞磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的基本電磁轉(zhuǎn)矩;第二項(xiàng)是由于U形單相永磁電動(dòng)機(jī)與普通電動(dòng)機(jī)不同其電阻較大。在分析中不可忽略,由電阻所消耗功率損耗的力矩?fù)p失。正是由于電阻大而不能忽略其的影響它還會(huì)引起電磁轉(zhuǎn)矩的最大值減小,并且最大值出現(xiàn)時(shí)所處的功角,ma:也小于90 ",即一。,導(dǎo)致帶載能力降低。