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永磁同步電機工作原理圖解



我們都知道每個電機的產(chǎn)品原理,都是不一樣的,且理解難度也有所不同。今天,小編就帶你進入了解永磁同步電機工作原理,附帶原理圖哦。

永磁同步電機工作原理
 
當三相電流通入永磁同步電機定子的三相對稱繞組中時,電流產(chǎn)生的磁動勢合成一個幅值大小不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢。由于其幅值大小不變,這個旋轉(zhuǎn)磁動勢的軌跡便形成一個圓,稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。其大小正好為單相磁動勢最大幅值的1.5倍,即式中,F(xiàn)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢,(T?m);Fφl為單相磁動勢的最大幅值,(T?m);k為基波繞組系數(shù);p為電機極對數(shù);N為每一線圈的串聯(lián)匝數(shù);I為線圈中流過電流的有效值,A由于永磁同步電機的轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速,因此轉(zhuǎn)子主磁場和定子圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場保持相對靜止。兩個磁場相互作用,在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中形成一個合成磁場,它與轉(zhuǎn)子主磁場發(fā)生相互作用,產(chǎn)生了一個推動或者阻礙電機旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩Te,即式中,Te為電磁轉(zhuǎn)矩,(N?m);0為功率角,rad;BR為轉(zhuǎn)子主磁場,T;Bnet為氣隙合成磁場,T。

由于氣隙合成磁場與轉(zhuǎn)子主磁場位置關系的不同,永磁同步電機既可以運行于電動機狀態(tài)也可以運行于發(fā)電機狀態(tài),永磁同步電機的三種運行狀態(tài)如圖3所示。當氣隙合成磁場滯后于轉(zhuǎn)子主磁場時,產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反,這時電機處于發(fā)電狀態(tài);相反,當氣隙合成磁場超前于轉(zhuǎn)子主磁場時,產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同,這時電機處于電動狀態(tài)。轉(zhuǎn)子主磁場與氣隙合成磁場之間的夾角稱為功率角。 
 
永磁同步電機由兩個關鍵部件組成,即一個多極化永磁轉(zhuǎn)子和帶有適當設計繞組的定子。在操作過程中,旋轉(zhuǎn)的多極化永磁轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子與定子的氣隙形成一個隨時間變化的磁通。這個通量在定子繞組端子上產(chǎn)生交流電壓,從而形成用于發(fā)電的基礎。在此處所討論的永磁同步電機使用一個安裝在鐵磁芯上的環(huán)形永磁鐵。內(nèi)部永磁同步電機不在這里考慮。因磁鐵嵌入到一個電鍍的鐵磁芯內(nèi)是非常困難的,通過使用適當厚度的磁鐵(500μm)以及在轉(zhuǎn)子和定子鐵芯的高性能磁材料,氣隙可以做得非常大(300~500μm)而沒有明顯的性能損失,這使得定子繞組在氣隙中占據(jù)一定的空間,從而大大簡化了永磁同步電動機的制造。

永磁同步電機工作原理圖解

PMSM(permanent magnet synchronous motor)實際工作是一種交流電機,其定子運行是三項的相差 的交流電,而轉(zhuǎn)子則是永磁體。但是這種電機最大的優(yōu)勢就是交流電能量由直流提供,這樣就可以對電機進行精確的控制,而且解決了電刷帶來的壽命問題。
下面對其工作原理進行簡單的介紹,如圖 1,定子的工作電流都為正弦波,而且其三項在任何時候相加都為零,所以PMSM中三項繞組實際上沒有中線的,其在電機中示例繞線方法如圖 2,所以實際上在PMSM中XYZ是連接在一個點的。


永磁同步電機工作原理圖解

圖 1 PMSM轉(zhuǎn)子電流
 
從繞線的圖 2中不難看出,實際的電流方向產(chǎn)生的磁場是和轉(zhuǎn)子磁場在同一個平面,這也就是PMSM控制的基本需要和基本方法。從圖中也不難看出,實際在A相產(chǎn)生的磁場在開始是需要與轉(zhuǎn)子磁極的D軸方向相反(可以相差一個確定的角度,軟件實現(xiàn)),確切的說應該是必須知道轉(zhuǎn)子的D軸的位置。這個問題實際在控制中是開始的定向問題,在這里簡單的介紹一下方法:如果位置傳感器是絕對碼盤或者旋變,則可根據(jù)絕對位置處理,如果是增量碼盤,則需要開始的一個UVW的大概位置估算。
 
除此之外,這里還需要明白幾個原理性的問題,這里啰嗦一下:很多人從事這一塊的研發(fā)在知道怎么處理整個系統(tǒng)的過程而實際上是對整個基礎原理模糊的,這也就是很多國人做研發(fā)的通病,只知道怎么做,從來不知道為什么這么做以致永遠只是模仿而不可能創(chuàng)新或者改進。言歸正傳,首先我們知道在控制過程中需要檢測電流,然后進行clarke和park變換,從而出現(xiàn)了電流方向問題,人家這么說是為了方便,而實際上上這里的電流方向不是電流方向,而是電流產(chǎn)生的電磁場方向(這是因為電磁場的大小與產(chǎn)生它的電流方向成正比的)。

然后研究一下電壓的概念,繞組電壓是比電流相位超前 的,而很多我們需要的結果是與電壓成一定簡單關系的,這是因為電壓是場量,而電流不是。根本上沒有電壓這個東西,它只是間接反應電流的一種我們定義出來的表達方式,所以它的變化影響電流,而電流的變化會在場的方面反應在電壓上。

比如前面討論的問題,在電機初始的時候,A相電流是零,這是因為在繞組上電流不能突變,而這個時候電壓是最大,反應了實際我們是需要加在繞組上最大的我們需要的一個量(電流)。這里描述的有些晦澀,但是物理這個自然界基本規(guī)律實際就是這么反應的,希望讀我文章的讀者能自己仔細揣摩,反應一個自然界的問題(都上升到哲學問題了)。

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