电机学讲义第十五章永磁电机.ppt

第十五章第十五章 永磁电机永磁电机电机的励磁：电机的励磁：1、电磁式：在励磁绕组上加励磁电压（电流）的、电磁式：在励磁绕组上加励磁电压（电流）的励磁方式励磁方式2、永磁式：采用永久磁铁励磁的方式永磁电、永磁式：采用永久磁铁励磁的方式永磁电机）机）15-1 15-1 永磁材料及其特性永磁材料及其特性磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能： 高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性一、高导磁性一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高， r1，使其具有，使其具有被强烈磁化的特性被强烈磁化的特性15.1.1 15.1.1 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能二、磁饱和性二、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁感应强度磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值达到饱和值 磁化曲线磁化曲线HB和和 与与H的关系的关系注注当有磁性物质存在时当有磁性物质存在时B与与H不成比例，不成比例， 与与I也不成比例也不成比例。

三、磁滞性三、磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化）当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，B随随H而变化，而变化，当当H已减到零值时，但已减到零值时，但B未回到零，这种磁感应强度滞未回到零，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性磁滞回线磁滞回线极限磁滞回线极限磁滞回线剩磁：剩磁：当线圈中电流减到零当线圈中电流减到零（H0），铁心在磁化时所），铁心在磁化时所获的磁性还未完全消失，这获的磁性还未完全消失，这时铁心中所保留的磁感应强时铁心中所保留的磁感应强度称为剩磁感应强度度称为剩磁感应强度Br矫顽磁力：矫顽磁力：Hc15.1.2 15.1.2 磁性材料的分类：磁性材料的分类：软磁材料：磁滞回线窄长软磁材料：磁滞回线窄长H HC C小做导磁体做导磁体硬磁材料（永磁材料）：磁滞回线宽硬磁材料（永磁材料）：磁滞回线宽 H HC C大做永久磁铁永久磁铁15.1.3永磁材料的性能1、退磁曲线Br剩磁密度Hc矫顽力2、退磁曲线和磁能积曲线3、回复线曲线型退磁曲线曲线型退磁曲线直线型退磁曲线直线型退磁曲线回复磁导率回复磁导率 r4、内禀退磁曲线在磁性材料中：在磁性材料中：磁化强度：磁化强度：内禀矫顽力内禀矫顽力反应永磁体抗去反应永磁体抗去磁能力。

磁能力矫顽力矫顽力M内禀磁感应强度：内禀磁感应强度：内禀退磁曲线：内禀退磁曲线：5、热稳定性1）可逆损失：温度系数）可逆损失：温度系数可逆损失与不可逆损失可逆损失与不可逆损失2）不可逆损失）不可逆损失温度回复后，温度回复后，磁性能不能回复到原值：损失率磁性能不能回复到原值：损失率3）居里温度）居里温度Tc磁性能消失的温磁性能消失的温 度度4）最高温度）最高温度使永磁体长时间保持在某一温度，当回复到室温使永磁体长时间保持在某一温度，当回复到室温后，后，IL5%的温度6、磁稳定性：外磁场的影响 Hci大、内禀曲线矩形度高，稳定性高； 回复线与退磁曲线重合，无不可逆去磁7、化学稳定性：酸、碱、各种气体的影响8、时间稳定性：存放15.1.4永磁磁路的工作点（一）铝镍钴系合金（一）铝镍钴系合金我国能制造的铝镍钴合金的型号主要有我国能制造的铝镍钴合金的型号主要有LNG34, LNG52, LNGJ32, LNGJ56等 15.1.5 15.1.5 主要永磁材料主要永磁材料 成分特点：成分特点：Fe、Ni、Al等元素为主要成分，并加入等元素为主要成分，并加入Cu、Co和和Ti等元素进一步提高合金性能。

包括铝镍等元素进一步提高合金性能包括铝镍型、铝镍钴型和铝镍钴钛型三种其中又有各向同性型、铝镍钴型和铝镍钴钛型三种其中又有各向同性合金、磁场取向合金和定向结晶合金合金、磁场取向合金和定向结晶合金性性能能特特点点：高高剩剩磁磁与与低低温温度度系系数数，最最大大磁磁能能积积仅仅低低于于稀稀土土永永磁磁 Tc：757907、 (BH)max约约为为1672 kJ/m3, Br：0.781.30T, HCB：52112 kA/m去磁曲线：（二） 永磁铁氧体主主 要要 种种 类类 ： 钡 铁 氧 体 (BaO6Fe2O3)和 锶 铁 氧 体(SrO6Fe2O3)晶体结构均属六角晶系性能特点：性能特点：（1）矫顽力Hc大 铁氧体永磁材料的矫顽力Hc介于铝镍钴合金材料和稀土钴永磁材料之间 由于其剩磁较低，故一般适合设计成扁平形状； （2）重量轻，密度为(4.6 5.1)103 kg / m3； （3）原材料来源丰富，价格便宜，耐氧化，耐腐蚀； （4） Tc：450460； （5）退磁曲线近似为直线；（6）剩磁较低；（7）温度系数大；（8）易碎 烧结铁氧体产品去磁曲线( (三三) )稀土永磁材料稀土永磁材料二十世纪八十年代称为第三代稀土永磁材料。

稀土永磁合金Re-Co永磁稀土Co永磁铁基稀土永磁型Nd2Fe14B合金为代表的Re-Fe-B系永磁材料1:5型Re-Co磁体SmCo5单相与多相合金第一代稀土永磁；二十世纪六十年代2:17型Re-Co磁体Sm2Co17基合金二十世纪七十年代;第二代稀土永磁性能性能ReCo5Re2Co17NdFeB型型Br (T)0.88-0.921.08-1.121.18-1.25HCB (kA/m)680-720480-544760-920Hci (kA/m)960-1280496-560800-1040(BH)max (kJ/m3)152-168232-248264-288各类稀土永磁材料的性能比较各类稀土永磁材料的性能比较 钕铁硼永磁材料：1、高磁能积2、高矫顽力3、高机械强度4、原材料丰富，价格便宜5、温度系数大 6、使用温度低 15-2 15-2 永磁同步电机永磁同步电机一、结构特点：一、结构特点：1 1、转子结构：、转子结构：圆柱形圆柱形星型星型爪极式爪极式2 2、磁铁结构：、磁铁结构：径向磁铁结构径向磁铁结构切向磁铁结构切向磁铁结构15-2 15-2 永磁同步电机永磁同步电机二、性能特点：二、性能特点：1 1、直轴电抗和交轴电抗：、直轴电抗和交轴电抗：直轴电抗比电励磁电机小直轴电抗比电励磁电机小一般一般xdxq2 2、外特性和电压调整率、外特性和电压调整率外特性硬外特性硬电压调整率低电压调整率低3 3、电压的调节、电压的调节困难困难15-2 15-2 永磁同步电机永磁同步电机二、性能特点：二、性能特点：4 4、短路特性：、短路特性：短路电流比电励磁电机大的多短路电流比电励磁电机大的多5 5、功角特性、功角特性15-3 15-3 永磁直流电机永磁直流电机磁铁结构：磁铁结构：径向磁铁结构径向磁铁结构切向磁铁结构切向磁铁结构15-4 15-4 永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机一、问题的提出 机械换向：电刷和换向器1，需要经常性维护；2，产生火花和电磁干扰。

电子换向：无刷直流电动机二、无刷直流电动机的工作原理有刷直流电动机工作原理有刷直流电动机工作原理磁极静止根据左手定则， f=BlI ，这个力形成电磁转矩线圈在这个转矩作用下将按逆时针方向旋转当载流导体转过180度后，借助电刷-换向片改变导体中电流方向无刷直流电动机：无刷直流电动机：二、无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机：无刷直流电动机：1、电动机本体、电动机本体定子：电枢定子：电枢转子：永磁磁极转子：永磁磁极二、无刷直流电动机的工作原理2、功率电子开关（逆变器）：、功率电子开关（逆变器）：二、无刷直流电动机的工作原理星形三相三状态星形三相六状态星形四相四状态封闭三相六状态3、转子位置传感器：、转子位置传感器：(1) 磁敏式位置传感器霍尔元件二、无刷直流电动机的工作原理转子位置传感器(1) 磁敏式位置传感器外形电路原理霍尔集成电路(2)电磁式位置传感器(3)光电式位置传感器工作原理：二相导通星形三相六状态定子合成磁场仍为跳跃式旋转，步进为60度，即1/6周期每转60度，逆变器开关管换流一次，有六个状态每个功率管（每相绕组）导通120度V1V6导通V1V2导通二相导通星形三相六状态三相绕组与开关管导通顺序表15.4.2 永磁无刷直流电动机的控制永磁无刷直流电动机的控制1.永磁无刷直流电动机分类永磁无刷直流电动机分类正弦波电机方波电机2. 机械特性机械特性3. 调节特性调节特性机械特性曲线 调节特性曲线 4. 无位置传感器控制无位置传感器控制 无位置传感器控制是指无机械式位置传感器，即不在无刷直流电动机的定子上直接安装位置传感器来检测转子位置,而是通过一个检测电路，从硬件和软件两方面来间接获取转子位置信号。

检测得到转子位置信号以后的控制方法，与有位置感器控制方法相同15.4.3稀土永磁无刷直流电动机的特点和应用稀土永磁无刷直流电动机的特点和应用一、电机结构简单二、优良的调速与控制性能三、可以四象限运行四、无刷结构，可用于高速、大容量、环境条件恶逆场合五、系统总成本高六、过载能力差作业：15-1作业：15-1，答：永久磁铁磁滞回环在第二象限的部分，称之为永久磁铁的去磁曲线当给永久磁铁去磁时，永久磁铁的磁感应强度沿去磁曲线下降到P点，此时，不再给永久磁铁去磁，永久磁铁的磁感应强度会沿PBR回复到R点，我们称PR为回复直线永久磁铁的工作点：1、负载线2、充磁过程以上2点决定。