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1、第二章第二章 永磁电机永磁电机w永磁电机的主要特点和应用永磁电机的主要特点和应用w永磁直流电机永磁直流电机w永磁同步电动机永磁同步电动机w永磁同步发电机永磁同步发电机永磁同步电动机永磁同步电动机1 1永磁同步电动机的总体结构永磁同步电动机的总体结构2 2永磁同步电动机的转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构 3 3永磁同步电动机的稳态性能永磁同步电动机的稳态性能4 4永磁同步电动机的磁路分析与计算永磁同步电动机的磁路分析与计算 5 5永磁同步电动机的参数计算和分析永磁同步电动机的参数计算和分析 6 6异步起动永磁同步电动机的起动过程异步起动永磁同步电动机的起动过程 永磁同步电动机永磁同步电动
2、机w主磁场方向不同：主磁场方向不同：径向磁场式和轴向磁场式。径向磁场式和轴向磁场式。w电枢绕组位置电枢绕组位置：内转子式（常规式）和外转内转子式（常规式）和外转子式。子式。w转子有无起动绕组：转子有无起动绕组：无起动绕组电动机（常无起动绕组电动机（常称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电动机（常称为异步起动永磁同步电动机）动机（常称为异步起动永磁同步电动机）。w供电电流波形供电电流波形：可分为矩形波永磁同步电动可分为矩形波永磁同步电动机（简称为机（简称为无刷直流电动机无刷直流电动机）和正弦波永磁）和正弦波永磁同步电动机（简称为同步电动机（简称为永磁同步电动
3、机永磁同步电动机）。一、永磁同步电动机的总体结构一、永磁同步电动机的总体结构w永磁同步电动机也由定子、转子和端盖等部永磁同步电动机也由定子、转子和端盖等部件构成。定子与普通感应电动机基本相同，件构成。定子与普通感应电动机基本相同，也采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。也采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。转子铁心可以做成实心的，也可以用叠片叠转子铁心可以做成实心的，也可以用叠片叠压而成。压而成。永磁同步电动机横截面示意图永磁同步电动机横截面示意图1定子定子 2永磁体永磁体 3转轴转轴 4转子铁心转子铁心一、永磁同步电动机的总体结构一、永磁同步电动机的总体结构 为减小电动机杂散损耗，定子绕组
4、通常采为减小电动机杂散损耗，定子绕组通常采用星形接法。永磁同步电动机的气隙长度是一用星形接法。永磁同步电动机的气隙长度是一个非常关键的尺寸，尽管它对这类电动机的无个非常关键的尺寸，尽管它对这类电动机的无功电流的影响不如对感应电动机那么敏感，但功电流的影响不如对感应电动机那么敏感，但是它是它对电动机的交、直轴电抗影响很大对电动机的交、直轴电抗影响很大，进而，进而影响到电动机的其他性能。此外，气隙长度的影响到电动机的其他性能。此外，气隙长度的大小还对电动机的装配工艺和电动机的杂散损大小还对电动机的装配工艺和电动机的杂散损耗有着较大的影响。耗有着较大的影响。永磁同步电动机转子直轴磁路中永磁体永磁同步
5、电动机转子直轴磁路中永磁体的磁导率很小，的磁导率很小，Xad较小，故一般较小，故一般Xad Xaq。分析时应注意其分析时应注意其异于电励磁异于电励磁凸极同步电凸极同步电动机的这一特点动机的这一特点 。二、永磁同步电动机的转子磁路结构二、永磁同步电动机的转子磁路结构w转子磁路结构不同，电动机的运行性能、控转子磁路结构不同，电动机的运行性能、控制系统、制造工艺和适用场合也不同。按照制系统、制造工艺和适用场合也不同。按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、内置式和爪极式。内置式和爪
6、极式。二、永磁同步电动机的转子磁路结构二、永磁同步电动机的转子磁路结构1.表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构2.内置式转子磁路结构内置式转子磁路结构3.爪极式转子磁路结构爪极式转子磁路结构4.隔磁措施隔磁措施1、表面式转子磁路结构、表面式转子磁路结构(a)凸出式（隐极结构）凸出式（隐极结构）(b)插入式（凸极结构）插入式（凸极结构）1、表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构 对采用稀土永磁的电机来说，由于永对采用稀土永磁的电机来说，由于永磁材料的相对回复磁导率接近磁材料的相对回复磁导率接近1，所以表，所以表面凸出式转于在电磁性能上属于隐极转子面凸出式转于在电磁性能上属于隐极转子结构；而表面插入
7、式转子的相邻两永磁磁结构；而表面插入式转子的相邻两永磁磁极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电磁性能上属于凸极转子结构。磁性能上属于凸极转子结构。1、表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构凸出式转子结构使用特点凸出式转子结构使用特点 具有结构简单、制造成本较低、转动惯量具有结构简单、制造成本较低、转动惯量小等优点小等优点，在矩形波永磁同步电动机和恒功率，在矩形波永磁同步电动机和恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机中得到运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机中得到了广泛应用。此外，表面凸出式转子结构中的了广泛应用。此外，表面凸出式转子结构中的永磁磁极易于实现最优设
8、计，使之成为能使电永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能使电动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极形状，动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极形状，可显著提高电动机乃至整个传动系统的性能。可显著提高电动机乃至整个传动系统的性能。1、表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构插入式转子结构使用特点插入式转子结构使用特点 这种结构可充分利用转子磁路的这种结构可充分利用转子磁路的不对称性不对称性所产生的磁阻转矩所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度，提高电动机的功率密度，动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。单，常被某些调速永磁同步电动
9、机所采用。但但漏磁系数和制造成本漏磁系数和制造成本都较凸出式大。都较凸出式大。1、表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构 总之，表面式转子磁路结构的制造工艺简总之，表面式转子磁路结构的制造工艺简单、成本低，应用较为广泛，尤其适宜于矩形单、成本低，应用较为广泛，尤其适宜于矩形波永磁同步电动机。但因转子表面无法安放起波永磁同步电动机。但因转子表面无法安放起动绕组，动绕组，无异步起动能力无异步起动能力，不能用于异步起动，不能用于异步起动永磁同步电动机。永磁同步电动机。永磁同步电动机的转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构1.表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构2.内置式转子磁路结构内置式转子磁路结构
10、3.爪极式转子磁路结构爪极式转子磁路结构4.隔磁措施隔磁措施2、内置式转子磁路结构、内置式转子磁路结构 永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有内圆之间有铁磁物质铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸制成的极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起阻尼或铝笼或铜条笼，起阻尼或(和和)起动作用，动、稳态性起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的能好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。永磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的内置式转子内的永磁体受到极靴的保护，保护，其转子磁路结构的不对称性所产生的
11、磁阻转矩其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易也有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于于“弱磁弱磁”扩速。扩速。w径向式结构径向式结构w切向式结构切向式结构w混合式结构混合式结构2、内置径向式转子磁路结构、内置径向式转子磁路结构1转轴转轴 2永磁体槽永磁体槽 3永磁体永磁体 4转子导条转子导条早期常用早期常用应用较为广泛应用较为广泛2、内置径向式转子磁路结构、内置径向式转子磁路结构1转轴转轴 2永磁体槽永磁体槽 3永磁体永磁体 4转子导条转子导条外转子结构外转子结构更大的永磁体空间更大的永磁体空间2、内置径向式转子磁路结构、内置径向式转子
12、磁路结构 优点是漏磁系数小、转轴上不需采取优点是漏磁系数小、转轴上不需采取隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片机械强度高、安装永磁体后转子不易变形机械强度高、安装永磁体后转子不易变形等。等。2、内置、内置切向式切向式转子磁路结构转子磁路结构1转轴转轴 2空气隔磁槽空气隔磁槽 3永磁体永磁体 4转子导条转子导条优点：一个极距下的磁通由相临两个磁极并联优点：一个极距下的磁通由相临两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通。提供，可得到更大的每极磁通。2、内置切向式转子磁路结构、内置切向式转子磁路结构 这类结构的漏磁系数较大，并且需采用相应这类结构的漏磁系数较大，并且
13、需采用相应的隔磁措施。电动机制造工艺相制造成本较径向的隔磁措施。电动机制造工艺相制造成本较径向式结构有所增加。其优点在于式结构有所增加。其优点在于一个极距下的磁通一个极距下的磁通由相临两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁由相临两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通通。尤其当电动机极数较多、径向式结构不能提。尤其当电动机极数较多、径向式结构不能提供足够的每极磁通时，这种结构的优势便显得更供足够的每极磁通时，这种结构的优势便显得更为突出。此外，采用切向式转子结构的永磁同步为突出。此外，采用切向式转子结构的永磁同步电动机的磁阻转矩在电动机总电磁转矩中的比例电动机的磁阻转矩在电动机总电磁转矩中的比例可
14、达可达40，这对，这对充分利用磁阻转矩充分利用磁阻转矩，提高电动机，提高电动机功率密度和扩展电动机的恒功率运行范围都是很功率密度和扩展电动机的恒功率运行范围都是很有利的。有利的。2、内置混合式转子磁路结构、内置混合式转子磁路结构1转轴转轴 2永磁体槽永磁体槽 3永磁体永磁体 4转子导条转子导条2、内置混合式转子磁路结构、内置混合式转子磁路结构1转轴转轴 2永磁体槽永磁体槽 3永磁体永磁体 4转子导条转子导条2、内置混合式转子磁路结构内置混合式转子磁路结构 这类结构集中了径向式和切问式转子结构的优点，这类结构集中了径向式和切问式转子结构的优点，但结构和制造工艺均较复杂，制造成本也比较高但结构和制
15、造工艺均较复杂，制造成本也比较高。图。图(a)是由德国西门子公司发明的混合式转子磁路结构，是由德国西门子公司发明的混合式转子磁路结构，需采用需采用非磁性转轴或采用隔磁铜套非磁性转轴或采用隔磁铜套，主要应用于采用，主要应用于采用剩磁密度较低的铁氧体永磁同步电动机。图剩磁密度较低的铁氧体永磁同步电动机。图(b)所示结所示结构近年来用得较多，也采用隔磁磁桥隔磁。这种结构构近年来用得较多，也采用隔磁磁桥隔磁。这种结构的径向部分永磁体磁化方向长度约是切向部分永磁体的径向部分永磁体磁化方向长度约是切向部分永磁体磁化方向长度的一半。图磁化方向长度的一半。图(c)和和(d)永磁体的径向部分与永磁体的径向部分与
16、切向部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔磁。切向部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔磁。但制造工艺却依次更复杂，转子冲片的机械强度也有但制造工艺却依次更复杂，转子冲片的机械强度也有所下降。所下降。2、内置混合式转子磁路结构、内置混合式转子磁路结构 在选择转子磁路结构时还应考虑到在选择转子磁路结构时还应考虑到不同转不同转子磁路结构电机的交、直轴同步电抗子磁路结构电机的交、直轴同步电抗 、及及其比例其比例 (称为凸极率称为凸极率)也不同也不同。在相同条件。在相同条件下，上述三类转子磁路结构电动机的直轴同步下，上述三类转子磁路结构电动机的直轴同步电抗电抗 相差不大，但它们的交轴同步电抗相差不
17、大，但它们的交轴同步电抗 却却相差较大。相差较大。切向式转子结构电动机的切向式转子结构电动机的 最大，最大，径向式转子结构电动机的径向式转子结构电动机的 次之次之。2、内置混合式转子磁路结构、内置混合式转子磁路结构 由于磁路结构和尺寸多种多样，由于磁路结构和尺寸多种多样，、的的大小需要根据所选定的结构和具体尺寸运用电大小需要根据所选定的结构和具体尺寸运用电磁场数值计算求得。磁场数值计算求得。较大的较大的 和凸极率可以提和凸极率可以提高电动机的牵入同步能力高电动机的牵入同步能力、磁阻转矩和电动机、磁阻转矩和电动机的过载倍数，因此设计高过载倍数的电动机时的过载倍数，因此设计高过载倍数的电动机时可充
18、分利用大的凸极率所产生的磁阻转矩。可充分利用大的凸极率所产生的磁阻转矩。永磁同步电动机的转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构1.表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构2.内置式转子磁路结构内置式转子磁路结构3.爪极式转子磁路结构爪极式转子磁路结构4.隔磁措施隔磁措施3、爪极式转子磁路结构、爪极式转子磁路结构1左法兰盘左法兰盘 2圆环形永磁体圆环形永磁体 3右法兰盘右法兰盘 4非磁性转轴非磁性转轴3、爪极式转子磁路结构、爪极式转子磁路结构 左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪极互左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪极互相错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，相错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，因而
19、左右法兰盎的爪极分别形成极性相异，相因而左右法兰盎的爪极分别形成极性相异，相互错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子互错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子结构永磁同步电动机的性能较低，又不具备异结构永磁同步电动机的性能较低，又不具备异步起动能力，但结构和工艺较为简单。步起动能力，但结构和工艺较为简单。永磁同步电动机的转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构1.表面式转子磁路结构表面式转子磁路结构2.内置式转子磁路结构内置式转子磁路结构3.爪极式转子磁路结构爪极式转子磁路结构4.隔磁措施隔磁措施4、隔磁措施、隔磁措施1一转轴一转轴 2一转于铁心一转于铁心 3一永磁体槽一永磁体槽 4一一永永磁体
20、磁体 5一转于导条一转于导条 4、隔磁措施隔磁措施 隔磁磁桥宽度隔磁磁桥宽度b越小，该部位磁阻便越大，越能限越小，该部位磁阻便越大，越能限制漏磁通。但是制漏磁通。但是b过小将使冲片机械强度变差，并缩短过小将使冲片机械强度变差，并缩短冲模的使用寿命。冲模的使用寿命。隔磁磁桥长度隔磁磁桥长度w也是一个关键尺寸也是一个关键尺寸，计算结果表明，如果隔磁磁桥长度不能保证一定的尺寸，计算结果表明，如果隔磁磁桥长度不能保证一定的尺寸，即使磁桥宽度小，磁桥的隔磁效果也将明显下降。但过即使磁桥宽度小，磁桥的隔磁效果也将明显下降。但过大的大的w将使转子机械强度下降，制造成本提高。将使转子机械强度下降，制造成本提高
21、。切向式转子结构的隔磁措施一般采用非磁性转轴或切向式转子结构的隔磁措施一般采用非磁性转轴或在转轴上加隔磁铜套，这使得电动机的制造成本增加，在转轴上加隔磁铜套，这使得电动机的制造成本增加，制造工艺变得复杂。近年来，研制了采用空气隔磁加隔制造工艺变得复杂。近年来，研制了采用空气隔磁加隔磁磁桥的新技术，取得了一定的效果。但转子的机械强磁磁桥的新技术，取得了一定的效果。但转子的机械强度显得不足，电动机可靠性下降。度显得不足，电动机可靠性下降。永磁同步电动机永磁同步电动机1 1永磁同步电动机的总体结构永磁同步电动机的总体结构2 2永磁同步电动机的转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构 3 3永磁同步电
22、动机的稳态性能永磁同步电动机的稳态性能 4 4永磁同步电动机的磁路分析与计算永磁同步电动机的磁路分析与计算 5 5永磁同步电动机的参数计算和分析永磁同步电动机的参数计算和分析 6 6异步起动永磁同步电动机的起动过程异步起动永磁同步电动机的起动过程 永磁同步电动机的稳态性能永磁同步电动机的稳态性能（一）稳态运行和相量图（一）稳态运行和相量图（二）稳态运行性能分析计算（二）稳态运行性能分析计算（三）损耗分析计算（三）损耗分析计算（一）稳态运行和相量图（一）稳态运行和相量图 利用双轴电枢反应分析法（双反利用双轴电枢反应分析法（双反应理论）研究永磁同步电动机。应理论）研究永磁同步电动机。同步电机的电枢
23、反应：同步电机同步电机的电枢反应：同步电机电枢磁势基波对磁极主磁场的影响。电枢磁势基波对磁极主磁场的影响。旋转磁势的形成电枢磁势基波特点：电枢磁势基波特点：1.幅值恒定幅值恒定，Fa用空间矢量表示时，磁势矢量顶点的轨用空间矢量表示时，磁势矢量顶点的轨迹是圆；迹是圆；2.当某相的电流为最大时，此时磁势的轴线在该相绕组当某相的电流为最大时，此时磁势的轴线在该相绕组的轴线上；的轴线上；3.转速转速 n1=60f/p=n 与磁极的与磁极的转速相等转速相等；4.转向与磁极转向与磁极转向相同转向相同。电枢磁势的基波与磁极励磁磁势电枢磁势的基波与磁极励磁磁势相对静止相对静止，共同，共同产生气隙合成磁场产生气
24、隙合成磁场。电枢反应电枢反应1.纯阻性纯阻性 电枢电流电枢电流 与与励磁电势励磁电势 同相（同相（=0）A相电势最大相电势最大纯阻性：纯阻性：A相电流最大相电流最大A相磁势相磁势F最大最大F=IW电枢磁势电枢磁势 轴线与轴线与励磁磁势励磁磁势 轴线垂直轴线垂直电枢反应电枢反应1.纯阻性纯阻性 直轴、交轴直轴、交轴直轴或直轴或d轴轴：磁极轴线：磁极轴线交轴或交轴或q轴轴：与磁极轴：与磁极轴线正交的方位。线正交的方位。影响：影响：扭歪主磁场扭歪主磁场 交轴磁势与主磁场相交轴磁势与主磁场相互作用互作用产生电磁转矩产生电磁转矩，实现机电能量转换的实现机电能量转换的必必要条件！要条件！交轴电枢反应交轴电
25、枢反应dq电枢反应电枢反应2.感性感性 电枢电流电枢电流 滞后滞后励磁电势励磁电势 90（=90）A相电势最大相电势最大纯感性：纯感性：A相电流为零相电流为零F=IW电枢磁势电枢磁势 轴线与轴线与励磁磁势励磁磁势 轴线同在直轴线同在直轴轴线，方向相同轴轴线，方向相同直轴增磁电枢反应直轴增磁电枢反应电枢反应电枢反应3.容性容性 电枢电流电枢电流 超前超前励磁电势励磁电势 90（=90）A相电势最大相电势最大A相电流为零相电流为零F=IW电枢磁势电枢磁势 轴线与轴线与励磁磁势励磁磁势 轴线重合，轴线重合，方向相反。方向相反。回顾回顾直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应（理想纯（理想纯 R）（理想纯（理
26、想纯 C C）（理想纯（理想纯 L L）直轴电枢反应直轴电枢反应增磁增磁直轴电枢反应直轴电枢反应去磁去磁交轴电枢反应交轴电枢反应扭歪主磁场扭歪主磁场产生电磁转矩，实现机电能量转换。产生电磁转矩，实现机电能量转换。1.电枢电流电枢电流 与与励磁电势励磁电势 同相同相2.电枢电流电枢电流 滞后滞后励磁电势励磁电势 903.电枢电流电枢电流 超前超前励磁电势励磁电势 90双反应理论双反应理论（双轴电枢反应分析法）（双轴电枢反应分析法）90 dq交轴电枢磁势：交轴电枢磁势：直轴电枢磁势：直轴电枢磁势：一般负载情况时电枢磁势的分解一般负载情况时电枢磁势的分解 磁势电势矢量图磁势电势矢量图时间矢量图时间矢
27、量图:电势、电流及磁通电势、电流及磁通均随均随时间正弦交变，都可以用时间正弦交变，都可以用时间矢量时间矢量来表示。来表示。时间矢量图时间矢量图空间空间矢量图矢量图：表达表达磁势磁势在空间相在空间相位关系的矢量图。位关系的矢量图。空间矢量图空间矢量图相轴相轴A相时轴相时轴（绕组轴线绕组轴线）（矢量最大值位置矢量最大值位置）时间矢量图时间矢量图空间矢量图空间矢量图相轴相轴A相时轴相时轴电势、电流是电势、电流是时间矢量，对应时间矢量，对应某一相的量。某一相的量。磁势是空间磁势是空间矢量，是三相矢量，是三相合成的。合成的。F空间时间矢量图的矢量都以空间时间矢量图的矢量都以同步角速度旋转同步角速度旋转，
28、所以永远，所以永远保持保持相对静止相对静止，因此各矢量间的关系适用于任何，因此各矢量间的关系适用于任何瞬间瞬间。时间矢量图时间矢量图空间矢量图空间矢量图相轴相轴A相时轴相时轴电势、电流是电势、电流是时间矢量，对应时间矢量，对应某一相的量。某一相的量。磁势是空间磁势是空间矢量，是三相矢量，是三相合成的。合成的。F空间时间矢量图的矢量都以空间时间矢量图的矢量都以同步角速度旋转同步角速度旋转，所以永远，所以永远保持保持相对静止相对静止，因此各矢量间的关系适用于任何，因此各矢量间的关系适用于任何瞬间瞬间。1、电压平衡式和等值电路、电压平衡式和等值电路l 永磁体永磁体 励磁磁势励磁磁势Ff 励磁磁场励磁
29、磁场l 电枢电流电枢电流I 电枢磁势电枢磁势Fa 电枢主磁场电枢主磁场气隙磁场气隙磁场气隙电势气隙电势E（内电势）（内电势）电枢漏磁场电枢漏磁场漏磁感应电势漏磁感应电势E电枢绕组有电阻电枢绕组有电阻ra（主磁通（主磁通f）1、电压平衡式和等值电路、电压平衡式和等值电路电压平衡式：电压平衡式：:负载相电压有效值负载相电压有效值(V):定子相电流有效值定子相电流有效值(A):定子绕组相电阻定子绕组相电阻():定子漏抗定子漏抗():气隙电势或内电势气隙电势或内电势(V)等值电路：等值电路：2、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机l永磁体永磁体 励磁磁势励磁磁势Ff 励磁磁场励磁磁场l 电枢电流
30、电枢电流I 电枢磁势电枢磁势Fa 电枢主磁场电枢主磁场气隙磁场气隙磁场气隙电势气隙电势E（内电势）（内电势）励磁电势励磁电势E0 0直轴电枢磁势直轴电枢磁势Fad交轴电枢磁势交轴电枢磁势Faq直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq即永磁体基波磁场所产生的空即永磁体基波磁场所产生的空载感应电势。载感应电势。气隙气隙电势电势E励磁电势励磁电势E0直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead直轴电枢直轴电枢磁势磁势Fad直轴电枢直轴电枢电流电流Iad交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq交轴电枢交轴电枢磁势磁势Faq交轴电枢交轴电枢电流电流Iaq电电枢枢电电流流I2、
31、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机电抗电抗xad磁路不饱和磁路不饱和即永磁体基波磁场所产生的空即永磁体基波磁场所产生的空载感应电势。载感应电势。气隙气隙电势电势E励磁电势励磁电势E0直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead直轴电枢直轴电枢磁势磁势Fad直轴电枢直轴电枢电流电流Iad交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq交轴电枢交轴电枢磁势磁势Faq交轴电枢交轴电枢电流电流Iaq电电枢枢电电流流I2、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机电抗电抗xad磁路不饱和磁路不饱和直轴电枢直轴电枢反应电抗反应电抗交轴电枢交轴电枢反应电抗反应电抗即永磁体基波磁场所产生的空即永磁体基波磁场所产生的空
32、载感应电势。载感应电势。气隙气隙电势电势E励磁电势励磁电势E0直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead直轴电枢直轴电枢电流电流Iad交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq交轴电枢交轴电枢电流电流Iaq电电枢枢电电流流I2、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机直轴电枢直轴电枢反应电抗反应电抗交轴电枢交轴电枢反应电抗反应电抗电枢反应电抗：电枢反应电抗：三相三相的单位直轴电流或交轴电流产的单位直轴电流或交轴电流产生的电枢反应磁场在生的电枢反应磁场在每相电枢绕组每相电枢绕组中所感应的电势。中所感应的电势。其中包括其中包括相绕组自感电抗相绕组自感电抗和和相间的互感电抗相间的互感电抗。气隙气隙电势电势
33、E励磁电势励磁电势E0直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead直轴电枢直轴电枢电流电流Iad交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq交轴电枢交轴电枢电流电流Iaq电电枢枢电电流流I2、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机直轴电枢直轴电枢反应电抗反应电抗交轴电枢交轴电枢反应电抗反应电抗气隙气隙电势电势E励磁电势励磁电势E0直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead直轴电枢直轴电枢电流电流Iad交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq交轴电枢交轴电枢电流电流Iaq电电枢枢电电流流I2、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机直轴电枢直轴电枢反应电抗反应电抗交轴电枢交轴电枢反应电抗反应电抗气隙气隙电势
34、电势E励磁电势励磁电势E0直轴电枢直轴电枢反应电势反应电势Ead直轴电枢直轴电枢电流电流Iad交轴电枢交轴电枢反应电势反应电势Eaq交轴电枢交轴电枢电流电流Iaq电电枢枢电电流流I2、不饱和凸极同步电动机、不饱和凸极同步电动机直轴电枢直轴电枢反应电抗反应电抗交轴电枢交轴电枢反应电抗反应电抗直轴电枢直轴电枢同步电抗同步电抗交轴电枢交轴电枢同步电抗同步电抗非饱和非饱和(在W2中)电抗的基本概念电抗的基本概念电枢反应电抗电抗电抗xad磁路不饱和磁路不饱和？电枢反应电抗（不饱和值）电枢反应电抗（不饱和值）直轴电枢反应电抗直轴电枢反应电抗xad（不饱和值）（不饱和值）Id 建立直轴电枢磁场：建立直轴电枢
35、磁场：F Fad ad 建立的气隙磁感应强度：建立的气隙磁感应强度：每极基波磁通：每极基波磁通：每相感应电势：每相感应电势：令：令：则：则：功率因数角功率因数角内功率因数角内功率因数角功率角功率角或或转矩角转矩角永磁同步电动机几种典型相量图永磁同步电动机几种典型相量图稳态运行和相量图稳态运行和相量图 图图(a)、(b)和和(c)中的电流中的电流 均超前于空载反电均超前于空载反电动势动势 ，直轴电枢反应（图中，直轴电枢反应（图中 ）均为）均为去磁性质去磁性质，导致电动机直轴内电动势导致电动机直轴内电动势 小于空载反电动势小于空载反电动势 。图（。图（e）中电流）中电流 滞后于滞后于 ，此时直轴电
36、枢反应，此时直轴电枢反应为为增磁性质增磁性质，导致直轴内电动势，导致直轴内电动势 大于大于 。直轴。直轴增、去磁临界状态：图增、去磁临界状态：图(d)，与与 同相），则同相），则稳态运行和相量图稳态运行和相量图从而可以求得直轴增、去磁临界状态时的空载从而可以求得直轴增、去磁临界状态时的空载反电动势反电动势 为为 电动机将运行于去磁工作状态，电动机将运行于去磁工作状态，电动机将运行于增磁工作状态。电动机将运行于增磁工作状态。从图中还可看出，要使电动机运行于单位从图中还可看出，要使电动机运行于单位功率因数（图功率因数（图(b)）或容性功率因数状态（图）或容性功率因数状态（图(a)），只有设计在去磁
37、状态时才能达到。），只有设计在去磁状态时才能达到。永磁同步电动机的稳态性能永磁同步电动机的稳态性能（一）稳态运行和相量图（一）稳态运行和相量图（二）稳态运行性能分析计算（二）稳态运行性能分析计算（三）损耗分析计算（三）损耗分析计算w 稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算 稳态运行性能包括：效率、功率因数、输稳态运行性能包括：效率、功率因数、输入功率和电枢电流等与输出功率之间的关系以入功率和电枢电流等与输出功率之间的关系以及失步转矩倍数等。及失步转矩倍数等。稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算w电磁功率电磁功率凸极式凸极式隐极式隐极式 输入功率：输入功率：对不饱和隐极电机对不饱和隐极电机
38、忽略电枢绕组电阻（铜耗）忽略电枢绕组电阻（铜耗）电磁功率：电磁功率：72内功率因数角内功率因数角功率因数角功率因数角功率角或转矩角功率角或转矩角稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算w电磁功率电磁功率 对不饱和隐极电机对不饱和隐极电机73内功率因数角内功率因数角功率因数角功率因数角功率角或转矩角功率角或转矩角功角特性功角特性稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算w电磁功率电磁功率 对不饱和凸极电机？对不饱和凸极电机？功角特性功角特性74稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算w电磁功率电磁功率 7576基本电磁功率：附加电磁功率：附加电磁功率：凸极效应：凸极效应：由于直轴和交轴磁路的磁由于
39、直轴和交轴磁路的磁阻不同而进行能量传递的现象阻不同而进行能量传递的现象 专门利用凸极电磁转矩来运行的专门利用凸极电磁转矩来运行的称为反应式同步电机或磁阻式电机称为反应式同步电机或磁阻式电机隐极式：隐极式：xd=xq=xs不加励磁也能不加励磁也能输出功率！输出功率！稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算w电磁转矩和功角特性电磁转矩和功角特性 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩 为为 式中第式中第1项由永磁气隙磁场与定子电枢反应项由永磁气隙磁场与定子电枢反应磁场相互作用产生的基本电磁转短，又称磁场相互作用产生的基本电磁转短，又称永磁永磁转矩转矩，第，第2项为由于电动机直、纵轴磁路不对称项为由于电动
40、机直、纵轴磁路不对称而产生的而产生的磁阻转矩磁阻转矩。永磁同步电动机的矩角特性永磁同步电动机的矩角特性稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算 由于永磁同步电动机直轴同步电抗由于永磁同步电动机直轴同步电抗 一般小一般小于交轴同步电抗于交轴同步电抗 ，磁阻转矩为一负正弦函数，磁阻转矩为一负正弦函数，因而功角特性曲线上因而功角特性曲线上转矩最大值所对应的转矩转矩最大值所对应的转矩角大于角大于90，而不象电励磁同步电动机那样小于而不象电励磁同步电动机那样小于90，这是永磁同步电动机一个值得注意的特点。，这是永磁同步电动机一个值得注意的特点。功角特性上的转矩最大值功角特性上的转矩最大值 被称为永磁同步
41、电被称为永磁同步电动机的失步转矩，如果负载转矩超过此值，则动机的失步转矩，如果负载转矩超过此值，则电动机将不再能保持同步转速。电动机将不再能保持同步转速。稳态运行性能分析计算稳态运行性能分析计算w工作特性曲线工作特性曲线1功率因数功率因数 曲线曲线2 效率曲线效率曲线3 曲线曲线4 曲线曲线永磁同步电动机的稳态性能永磁同步电动机的稳态性能（一）稳态运行和相量图（一）稳态运行和相量图（二）稳态运行性能分析计算（二）稳态运行性能分析计算（三）损耗分析计算（三）损耗分析计算w定子绕组电阻损耗定子绕组电阻损耗w铁心损耗铁心损耗w机械损耗机械损耗w杂散损耗杂散损耗损耗分析计算损耗分析计算w定子绕组电阻损
42、耗定子绕组电阻损耗 pcu=mI2R1w铁心损耗铁心损耗 pFe=磁滞损耗涡流损耗磁滞损耗涡流损耗 铁心损耗不仅与硅钢片材料有关，而且随电动机铁心损耗不仅与硅钢片材料有关，而且随电动机的工作温度、负载大小的变化而变化。这是因为电动的工作温度、负载大小的变化而变化。这是因为电动机温度和负载大小的变化导致永磁体工作改变，定子机温度和负载大小的变化导致永磁体工作改变，定子齿、轭部磁密也随之变化，从而影响到电动机的铁损。齿、轭部磁密也随之变化，从而影响到电动机的铁损。电动机工作温度越高，负载越大，电动机定子齿、电动机工作温度越高，负载越大，电动机定子齿、轭部的磁密越小，电动机的铁损就越小。轭部的磁密越
43、小，电动机的铁损就越小。损耗分析计算损耗分析计算w机械损耗机械损耗 与所用的轴承、润滑剂、冷却风扇以及电动机的与所用的轴承、润滑剂、冷却风扇以及电动机的装配质量等有关，其机械损耗可根据实测值或参考其装配质量等有关，其机械损耗可根据实测值或参考其他电动机机械损耗的计算方法计算。他电动机机械损耗的计算方法计算。w杂散损耗杂散损耗 一般根据实际情况和经验取定。一般根据实际情况和经验取定。永磁同步电动机杂散损耗比同规格异步电动机大。永磁同步电动机杂散损耗比同规格异步电动机大。减小杂散损耗，对设计高效永磁同步电动机非常关键。减小杂散损耗，对设计高效永磁同步电动机非常关键。选取合适的电动机定、转子槽配合，
44、采用选取合适的电动机定、转子槽配合，采用Y接短距绕接短距绕组，合理设计电动机的极弧系数，减小电动机槽开口组，合理设计电动机的极弧系数，减小电动机槽开口宽度或采用闭口槽等都是减小电动机的杂散损耗的有宽度或采用闭口槽等都是减小电动机的杂散损耗的有效途径。效途径。损耗分析计算损耗分析计算w杂散损耗杂散损耗 考虑到永磁同步电动机的转子因需要安置永磁体考虑到永磁同步电动机的转子因需要安置永磁体而不便斜槽，故通常将电动机定子斜一定的齿距来消而不便斜槽，故通常将电动机定子斜一定的齿距来消除电动机的齿谐波，以减小电动机的杂散损耗。定子除电动机的齿谐波，以减小电动机的杂散损耗。定子斜槽不仅适用于异步起动永磁同步电动机，也适用于斜槽不仅适用于异步起动永磁同步电动机，也适用于调速永磁同步电动机。调速永磁同步电动机。永磁同步电动机永磁同步电动机w永磁同步电动机的总体结构永磁同步电动机的总体结构w永磁同步电动机的转子磁路结构永磁同步电动机的转子磁路结构 w永磁同步电动机的稳态性能永磁同步电动机的稳态性能 w永磁同步电动机的磁路分析与计算永磁同步电动机的磁路分析与计算 w永磁同步电动机的参数计算和分析永磁同步电动机的参数计算和分析 w异步起动永磁同步电动机的起动过程异步起动永磁同步电动机的起动过程