根据磁阻小原理,也就是磁通总是沿磁阻小的路径闭合,利用磁引力拉动转子旋转,于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。
图4左是另一种安装有永磁体磁较的转子,永磁体磁较嵌装在转子铁芯表面,称为嵌入式永磁转子。磁较的极性与磁通走向见图右,这也是一个4较转子。
图4嵌入式永磁转子铁芯1
图5右是一种嵌入式永磁转子,永磁体嵌装在转子铁芯内部,为防止永磁体磁通短路,在转子铁芯开有空槽或在槽内填充隔磁材料。磁较的极性与磁通走向见下右图,这也是一个4较转子。
无功功率的调节:
发电机与系统并联运行时,可以认为是与无限大容量电源的母线运行,要改变发电机励磁电流,感应电势和定子电流也跟着变化,此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时,为了改变发电机的无功功率,必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”,而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配:
并联运行的发电机根据各自的额定容量,按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷,而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配,可以通过自动高压调节的励磁装置,改变发电机励磁电流维持其端电压不变,还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整,以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
永磁同步电机之关于小功率永磁电机的发展前景
在小功率电机及微型控制电机中,永磁电机占有相当大的比例,对于这些电机的前景,现根据永磁材料的类别将永磁电机分为三类加以叙述。
1.铝镍钻永磁电机
铝镍钻永磁电机是一种兴起较早的永磁电机,铝镍钻永磁体具有较高剩余磁感应强度、温度系数小、居里温度高、热稳定性强、抗氧化能力和抗腐蚀能力及加工性均好,所以自20世纪30年代诞生以来,在军事工程所用精密电机中一直占有重要地位,例如在永磁同步电动机、直流伺服电动机、直流力矩电动机、直流测速发电机、低速同步电动机、永磁感应式步进电动机等。铝镍钻材料虽然有很多优点,但是也存在一系列缺点,如矫顽力低,退磁曲线呈非线性,抗退磁能力差,进行稳定性处理时必须选去磁情况来处理。铝镍钻永磁材料的另一个很重要的缺点就是需要钻这种重要战略物资。所有这些缺点都限制了这种材料的扩大使用,因而目前除非必须使用,很少有人去开发研究采用这种材料的永磁电机。
2.铁氧体永磁电机
由于铁氧体永磁材料磁性能相对比较低,价格也相应便宜,故目前这种材料主要用于玩具、家用电器、汽车电器、设备、录像机、录音机、办公设备、通用仪表等永磁直流电动机。之所以这些电器上采用铁氧体是因为以下情况:
l)这些器具量大面广,据统计,这种电机在小功率电动机中占70%以上;
2)由于这些场合需要的动力输出一般都较小且短时输出,因而所需材料较少;
3)主要的原因还是这种材料价格便宜,具有很大的竞争力。近年来,不少单位也进行了用铰铁硼代替铁氧体的实验研究,但是其综合效果并不太好。作者曾采用这两种材料用于小功率永磁直流电机的研究,结果发现,在输出功率及性能相近情况下,采用钦铁硼永磁材料时,材料虽有一定的节约,但在小功率永磁直流电机磁较制造上带来困难,且由于钦铁硼永磁材料目前存在的一些问题,实际上节省的永磁材料也很有限,所以在这些经济型电机上加强对铁氧体永磁材料磁性能的提高和机械加工性能的研究仍然是一个方向。
目前不论是国内或**市场,铁氧体永磁电机均占一定份额,据统计铁氧体永磁电机在家用电器中占85 %,在计算机外部设备中占80 %,在汽车电器中占95 %,可见铁氧体永磁电机应用范围相当广泛。随着人们生活水平的提高,这种电机的应用将会较加普及。
近年来,随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小,损耗低,效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述,并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2 永磁同步电动机的数学模型
当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时,三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场,一方面切割定子绕组,并在定子绕组中产生感应电动势;另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通,并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外,转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组。从而产生空载电动势。为了便于分析,在建立数学模型时,假设以下参数:①忽略电动机的铁心饱和;②不计电机中的涡流和磁滞损耗;③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布,即忽略磁场中所有的空间谐波;④各相绕组对称,即各相绕组的匝数与电阻相同,各相轴线相互位移同样的电角度。
在分析同步电动机的数学模型时,常采用两相同步旋转(d,q)坐标系和两相静止(α,β)坐标系。图1给出永磁同步电动机在(d,q)旋转坐标系下的数学模型。
(1)定子电压方程为:
式中:r为定子绕组电阻;p为微分算子,p=d/dt;id,iq为定子电流;ud,uq为定子电压;ψd,ψq分别为磁链在d,q轴上的分量;ωf为转子角速度(ω=ωfnp);np为电动机较对数。
(2)定子磁链方程为:
式中:ψf为转子磁链。
(3)电磁转矩为:
式中:J为电机的转动惯量。
若电动机为隐较电动机,则Ld=Lq,选取id,iq及电动机机械角速度ω为状态变量,由此可得永磁同步电动机的状态方程式为:
由式(7)可见,三相永磁同步电动机是一个多变量系统,而且id,iq,ω之间存在非线性耦合关系,要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制,是一个颇具挑战性的课题。
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