永磁电机简单工作原理

永磁电机简单工作原理（通用10篇）

篇1：永磁电机简单工作原理

永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁同步电机在现在应用及其广泛。和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式〔鼠笼式异步电机〕绕线式异步电动机。永磁同步电机的工作原理如下：

永磁同步电机主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

永磁同步电机的载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

永磁同步电机的切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

永磁同步电机交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

永磁同步电机的交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

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篇2：永磁电机简单工作原理

三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转,称为旋转磁场.其转速n1的大小由调速电机马达极数2p和电源频率f而定,即n1=120f/2p.这种旋转磁场肉眼看不到,如果在定子铁芯内放一个空易拉罐,罐的两端用尖端支上,则易拉罐就会旋转.为了说明调速电机马达的工作原理,我们模拟两个磁极（N、S极）在旋转、转子用铜条做成笼型的.调速电机马达定子两极按逆时针方向旋转,转子静止,可以看成定子精子（n1=0）,转子按顺时针方向旋转,由于转子铜条切割磁场,铜条内有感应电动势,由于铜条是短路的,所以有感应电流产生的,它的方向用右手定则可以判断,上边铜条电流方向进入纸内,下边铜条的电流方向从纸内出来.调速电机马达转子铜条有电流,又处在磁场当中,导体要受到力的作用,此力方向可用左手定则判出.上下的力F构成力矩,转子会旋转起来.通过以上分析可以看出：

1、转子要转动必须有旋转磁场；

2、转子转动方向与旋转磁场方向相同；

篇3：永磁电机简单工作原理

随着世界经济的发展,节能减排已被世界各国作为重要议题来研究。我国是个能源消耗大国,交流接触器、继电器、电磁阀、牵引电磁阀等等低压电器的用量很大,据有关部门估计,在线作业的此类低压电器有上亿件之多,平均每件工作电流按2A计算(220V的交流接触器吸引线圈工作电流从0.4A～10A;380V的交流接触器吸引线圈工作电流从0.25～15A;500V的交流接触器吸引线圈工作电流从0.19～15A),那就是一亿安以上个电流,每件节电按50%计算,其全部节电量,相当可观。

1 普通电磁式接触器的结构和工作原理(以CJ20型为例)

1.1 通电磁式接触器的结构

如图1所示,为CJ20型电磁式接触器的结构。

1.2 普通电磁式接触器的工作原理

普通电磁式接触器的原理就是它工作时,靠线圈带电,产生电磁力,维持动、静磁铁吸合,使得接触器主、辅触点闭合,从而使主电路上的负载工作。传统电磁式接触器工作期间,线圈需常时带电来维持吸合状态,不仅线圈耗能,而且电压波动产生震颤噪音,线圈极易烧毁,触点寿命降低等。

1-动触头2-静触头3-衔铁4-弹簧5-线圈6-铁心7-垫毡8-触头弹簧9-灭弧罩10-触头压力弹簧

2 永磁接触器的结构和工作原理(以CJ20J型为例)

2.1 永磁接触器的结构

永磁接触器采用永磁铁,将原电磁线圈改变为有中心抽头电磁线圈,该线圈与电子模块共同组成复合电子模块。如图2所示,为CJ20J永磁接触器的结构图。

2.2 永磁接触器的工作原理

永磁接触器的工作原理就是利用磁极的同性相斥,异性相吸的原理,因安装在接触器联动机构上的永磁体的极性是固定不变的,而固定在接触器底座上的特殊工艺制作的复合电子模块(相当于软铁),在外来控制信号作用下,电子模块产生十几至二十几毫秒的正、反向脉冲电流,使软铁产生不同的极性。相对永磁体面(下端为N极)来说,吸合时软铁上端为S极;保持时软铁无极性;释放时为N极,从而使接触器的主触头达到吸合、保持与释放的目的,由于采用电子模块的控制,可根据现场需要设定释放电压值(断电为零电压),并可延迟一段时间再发出反向脉冲电流,以实现低电压延时释放或断电延时释放的功能,免受网电压大幅度波动的干扰,达到稳定电气控制系统的目的。

1-动触头2-静触头3-永磁铁S极4-弹簧5-永磁铁N极6-复合电子模块7-垫毡8-触头弹簧9-灭弧罩10-触头压力弹簧

2.3 永磁接触器电磁结构和线圈的工作原理

2.3.1 永磁接触器电磁结构吸合瞬间的情况

永磁接触器线圈和电磁结构,如图3所示。工作时SB2接通,线圈1-2通电,产生较大的吸合力,改力克服弹簧反力使磁铁瞬间吸合。图3(a)(b)为永磁铁吸合瞬间,线圈的工作情况和电磁结构中磁场的分布情况、磁极的受力情况,在图3(a)中,按下SB2按钮,1-2之间的线圈工作,在上正下负电源作用下,使得图3(b)中的复合电子模块产生上端为S极的磁场,此磁场与永磁铁的N极吸引,吸引力远大于弹簧反力,使得永磁铁和复合电子模块瞬间吸合。同时电源对电容C4进行充电,如图3(a)所示,为电容C4充电情况。

2.3.2 永磁接触器电磁结构的吸合保持情况

在图3(a)中,当吸合后,松开按钮SB2,1-2之间的线圈断电,此时,软铁被永磁铁的N极吸引,吸引力大于弹簧反力,使得永磁铁和复合电子模块保持原来的吸合状态(如图4所示)。

2.3.3 永磁接触器电磁结构的断电释放情况

当需释放时,按下按钮SB1,供给复合电子模块线圈的主电源解除,此时,电容C4作为复合电子模块线圈3-2部分的电源,进行放电,如图5所示,在线圈上产生上负下正的电源,在这个电源作用下,使得图5(b)中的复合电子模块产生上端为N极的磁场,此磁场与永磁铁的N极推斥,小电磁线圈产生反向磁场推斥力和弹簧反力的合力,使得永磁铁和复合电子模块瞬间快速分离,如图5(b)所示。

2.4 永磁接触器电子模块工作原理

2.4.1

永磁接触器复合模块中电子模块的参考电路如图6所示。

2.4.2 永磁接触器电子模块的工作原理

按下SB2按钮,复合模块的全部线圈1-2得电,如图3(a)所示。接触器线圈上端在大电流下,产生与永磁铁N极相反的极性S极,这样,永磁铁的N极与复合电子模块的S极相互吸引,克服复位弹簧的弹力,瞬间吸合,同时触点KM自锁,使得电源保持接通;松开SB2,复合模块的全部线圈1-2断电,软铁与永磁铁产生的磁力克服复位弹簧的弹力仍然保持吸合;当按下SB1停止按钮时,主电源断电,电容C4作为复合模块线圈3-2的电源,进行瞬间高电压、大电流放电,使得KM线圈3-2产生反方向的磁场,该磁场力与复位弹簧的合力克服软铁与永磁铁产生的磁力使得接触器瞬间释放。

2.4.3 电子模块中各电子元件的作用

R1为压敏电阻;二极管D5,电阻R2、R3,电容C1、C2,稳压管D8,MOSTET管Q2组成欠压监视电路,当电压低于设定值时,Q2关断,主电源关断;二极管D6,电容C3,电阻R4、R5,组成分压电路,C3为滤波电容,当通以额定电压时,R5上分得的电压大于0.6V,使三极管Q1饱和导通,Q1的集电极C极被拉成低电位,MOSTET管Q3截止,电阻R7和Q3所在的支路被关断;二极管D7、电容C4、复合模块线圈KM构成充电主回路,如图4(a)所示。

电压为额定值时,电解电容C4两端电压高于额定电压,电容C4充电时:1)线圈中的电流形成磁场,保持永磁铁与复合电子模块处于吸合位置;2)充好电的电容在断电时,作为电源,为保持永磁铁与复合电子模块排斥分开提供动力准备。当欠压(在额定值10%-70%范围内)或失压时,Q1截止,C4两端的电压通过电阻R6加在Q3的栅源极,Q3导通,并联的稳压管D9对Q3进行保护;由C4、Q3、复合模块线圈KM构成放电回路,如图5(a)所示线圈产生的磁势上端为N极,正好与永磁磁势下端N极相反,弹簧反力和电磁力排斥力推动动永磁铁与复合模块分离,实现接触器动静触点分离功能。

3 永磁接触器性能

3.1 不受网电压干扰,不打颤

在额定电压30%到130%电压波动范围内,仍然能可靠的吸合,触头没有颤动现象。

3.2 节电率大于99.8%

举例说明:超级节能的永磁式交流接触器CJ20J-40工作电流是0.8mA,年耗电量是2.66KW/h。传统接触器CJ20-40工作电流是90mA,年耗电量是296.26KW.h

3.3 可选择释放电压

永磁式接触器采用复合电子模块控制吸合系统,在释放电压上精确控制,可实现欠压、过压、断相、过流、二次保护等,具备了“智能型”控制系统二次开发平台。

3.4 独特的延时释放功能

永磁式交流接触器能够在自身电子模块里设计延时释放功能,大大降低设备投资成本和维护成本。

3.5 无噪音、无温升

永磁式交流接触器因为电子模块内选用的是微功耗电子元件,所以在稳定工作状态的维持电流一般在微安级,最多达到毫安级。而且数值都是维持在相当低的状态下,稳定性能非常可靠,模块没有自身温度,更没有噪音。

4 结论

永磁式接触器是一种大电流电磁结构吸合,触点导通;小电流电磁结构保持吸合,触点导通;高电压、大电流电磁结构瞬间释放,触点断开的电器元件。具有工作可靠,节电、无噪声,结构简单等特点,为我国节能减排工程重点推广的节能产品。

摘要：目前,广泛使用的电磁式交流接触器、继电器、电磁阀、牵引电磁铁等低压电器元件,线圈工作时消耗电能,当其保持工作状态时间比较长时,线圈的耗电量就更大。新型节能型永磁接触器成功地将新型永磁材料、电子技术和微机控制技术有机结合一体,采用电磁吸合、永磁保持的原理,工作期间线圈耗能量小,节能效果显著,为传统电磁式接触器替代产品。

关键词：电磁式,低压电器,永磁,电磁吸合,永磁保持

参考文献

[1]Sato J.Sakaguchi O.Kubota N.et al.New technology for medium voltage solid insulated switchgear[C].Proceedings of the IEEE Power Engineering Society Transmission and Distribution Conference.Yokahama.Japan.2002.

[2]马少华,王季梅.72.5kV高压真空断路器永磁操动机构的研究与设计[J].中国电机工程学报.2001,21(12):109-114.

[3]林莘,徐建源,高会军.永磁操动机构动态特性计算与分析[J].

[4]房淑华,林鹤云,等.永磁接触器磁场有限元分析及控制单元设计.2006,26(22).

篇4：振动电机工作原理

人从众振动筛：

1、振动电机只需调节两端外侧的偏心块，使之于内侧偏心块形成一定的夹角，就可无级调整激振力。

激振力：Fm=G/g×r×ω2

G：偏心块质量

g：重力加速度

r：偏心块质心与回转轴的距离

ω：电机旋转角频率

振幅：S＝1.8/（N/100）2×Fm/G

Fm：激振力（N）G： 参振重量 N： 转速 S： 双振幅（mm）

1、由特殊设计的电机外加偏心块组成，当电机旋转时，偏心块产生激振力通过电机传递给振动机械。

2、由特殊设计的电机外加偏心块组成，当电机旋转时，偏心块产生激振力通过电机传递给振动机械。

震动电机的原理就是他的转子不平衡，转子平衡量在允许值范围内的时候电机运行很正常。当平衡量超出范围后，就会引起震动，不平衡量越大，震动就越大。

振动电机是动力源与振动源结合为一体的激振源，振动电机是在转子轴两端各安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力。振动电机的激振力利用率高、能耗小、噪音低、寿命长。振动电机的激振力可以无级调节，使用方便，JZO、YZU、VB，XVM，YZO、YZS、YZD、TZD，TZDC 等型号的振动电机为通用型振动电机。可以应用于一般振动机械，如：振动破碎机、振动筛分机、振动打包机、振动落砂机、振动造型机、振动打桩机、振动提升机、振动充填机、料仓的振动破拱防闭塞装置等等。广泛的应用在水电建设、火力发电、建筑、建材、化工、采矿、煤炭、冶金、轻工等工业部门。震动筛，振动筛就找人从众！

篇5：步进电机工作原理

步进电动机

一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机)。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移)的执行元件。

步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。

随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。

步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。

图1 反应式步进电动机的结构示意图

图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。

下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。

一、单三拍通电方式的基本原理

设A相首先通电(B、C两相不通电)，产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a);接着B相通电(A、C两相不通电)，转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐(图2c)。不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。

图2 单三拍通电方式时转子的位置

二、六拍通电方式的基本原理

设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐(图3a)。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A相断电，B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c)，转子从图(b)的位置又转过了15°。其位置如图3d所示。这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。

随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机的范围。

步进电动机

一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机)。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移)的执行元件。

步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。

随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。

步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种，

图1 反应式步进电动机的结构示意图

图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。

下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。

一、单三拍通电方式的基本原理

设A相首先通电(B、C两相不通电)，产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a);接着B相通电(A、C两相不通电)，转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐(图2c)。不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。

图2 单三拍通电方式时转子的位置

二、六拍通电方式的基本原理

设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐(图3a)。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A相断电，B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c)，转子从图(b)的位置又转过了15°。其位置如图3d所示。这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。

a.A相通电 b.A、B相通电 c.B相通电 d.B、C相通电

图3 六拍通电时转子位置

三、双三拍通电方式的基本原理

如果每次都是两相通电，即按A、B→B、C→C、A→A、B→…的顺序通电，则称为双三拍方式，从图3b，和图3d可见，步距角也是30°。因此，采用单三拍和双三拍方式时转子走三步前进了一个齿距角，每走一步前进了三分之一齿距角;采用六拍方式时，转子走六步前进了一个齿距角，每走一步前进了六分之一齿距角。因此步距角θ可用下式计算：

θ=360°/(Zr×m)

式中Zr是转子齿数;m是运行拍数。

一般步进电动机最常见的步距角是3°或1.5°。由上式可知，转子上不只4个齿(齿距角90°)，而有40个齿(齿距角为9°)。为了使转子齿与定子齿对齐，两者的齿宽和齿距必须相等。因此，定子上除了6个极以外，在每个极面上还有5个和转子齿一样的小齿。步进电动机的结构图如图4所示。

图4 三相反应式步进电动机的结构图

由上面介绍可知，步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。

四、步进电动机的驱动电源

步进电动机需配置一个专用的电源供电，电源的作用是让电动机的控制绕组按照特定的顺序通电，即受输入的电脉冲控制而动作，这个专用电源称为驱动电源。步进电动机及其驱动电源是一个互相联系的整体，步进电动机的运行性能是由电动机和驱动电源两者配合所形成的综合效果。

1、对驱动电源的基本要求

(1)驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都工满足步进电动机的需要;

(2)要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求;

(3)能最大限度地抑制步进电动机的振荡;

(4)工作可靠，抗干扰能力强;

篇6：汽车发电机工作原理

汽车发电机工作原理：

用来接通发电机中间的励磁绕组中的直流电的。简单的说下工作原理，在汽车启动的一瞬间，先是电瓶里的电流通过电刷流到中间转动的励磁绕组部分（转子）电生磁，这个绕组就产生了磁场。当发动机转速上来了达到了发电要求转速后（电还是有的，这里是指电压高于电瓶电压）电瓶就不再需要像励磁绕组供给电了，因为，它会用自己发出的一部分电来给自己电生磁。【闭合回路中有磁通量变化就会生电】由于发动机的带动，并且中间的电磁铁有六个磁极（六爪）就满足了发电条件了。这中发动机的学名叫自励发电机。

篇7：永磁电机简单工作原理

异步起动永磁同步电机LSPMSM(Line-Start Permanent Magnet Synchronous Motor)能够实现异步起动,并且具有高效率、高功率因数等优点[1,2],然而在实际推广应用中,退磁问题成为制约其发展的瓶颈。永磁电机设计中,考核抗退磁能力的主要指标是最大去磁工作点,即最大退磁磁场作用下的永磁体工作点磁密,该指标通常与磁路结构有关[3]。其影响因素主要是工作温度与退磁磁场大小[4,5]。通常情况下,较高工作温度会导致永磁体(钕铁硼)退磁曲线出现拐点,而电机在起动过程中容易产生较大退磁磁场[6],使得永磁体工作点低于退磁曲线拐点,导致永磁体矫顽力降低,产生不可逆退磁。因此,在电磁设计阶段,准确计算并合理设计永磁体最大去磁工作点,进而提出有效可行的提高永磁电机抗退磁能力的技术措施,成为目前LSPMSM设计中急需解决的难点问题。

在最大去磁工作点计算方法方面,传统磁路法无法计及永磁体的局部退磁,难以准确反映永磁体的实际工作状态,需采用数值计算方法计算最严重去磁情况下电机内部的磁场分布,使永磁体内最低局部工作点高于最高工作温度下退磁曲线的拐点,以保证电机不发生局部退磁[7,8,9]。文献[10]利用有限元数值法分析了LSPMSM起动过程中最大去磁电流下永磁体的局部退磁分布情况,但最大去磁电流仍是通过等效电路方程计算得到,未计及场与路之间的耦合作用。

在提高电机抗退磁能力方面,通常采用优化转子磁路结构以减小退磁磁场或改进通风结构以抑制永磁体温升等方法实现。文献[11]分析对比了电机分别采用单、双层及V型永磁体3种转子结构的退磁特性。文献[12]表明转子侧加隔磁桥并采用双鼠笼结构,可抑制永磁体退磁。文献[13]研究了永磁体高度及等效气隙长度对退磁风险的影响。文献[14]通过改善冷却措施可显著降低永磁体表面温度,从而有效防止不可逆退磁。

为了准确计算起动过程中最大退磁磁场,得出LSPMSM考虑局部退磁的最大去磁工作点,本文提出一种抗退磁能力校核新方法。该方法一方面利用计及饱和非线性、谐波磁场等多种因素影响的场-路-运动耦合时步有限元法,分析起动过程中不同时刻的磁场分布,确定了永磁体最容易退磁的位置并揭示了退磁磁场与转速之间的关系;另一方面通过给定转子转速的时步有限元模型,计算电机在堵转到同步速一系列给定转速下稳定运行时的退磁磁场,最终得到最大去磁工作点。进一步以一台22 k W样机为例,对其抗退磁能力进行分析,提出一种基于复合材料的用于提高最大去磁工作点的LSPMSM的转子新结构。最后,对一台实验样机起动过程中的动态退磁磁场进行测试,验证了所提方法的有效性。

1 起动过程中退磁磁场时步有限元研究

1.1 永磁体最容易去磁局部位置的确定

为预防起动过程中发生局部退磁,首先确定最容易退磁位置,将其作为考核单元分析起动过程中退磁磁场与转速之间的关系。以一台22 k W 8极铸铝冲片转子结构LSPMSM为分析模型,电机的具体参数如表1所示。

首先分析转子表面退磁磁场透入转子铁芯内部的情况,沿单个转子磁极极间径向,取处于不同位置的单元,如处于气隙位置的a单元、铸铝导条位置的b单元、转子铁芯位置的c单元,及分别位于永磁体中心及边角位置的d和e单元,如图1所示。以电机重载起动为例,采用场-路-运动耦合时步有限元法[6],计算得到起动过程中a—e单元磁密B随时间变化的曲线,如图2所示。

图2中,气隙谐波磁场的存在导致气隙单元磁密随时间变化的波形较为杂乱;由于铁磁材料以及铸铝导条的集肤效应,越深入转子内部,谐波磁场越弱。较气隙和转子导条位置,处于转子内部的永磁体受谐波磁场影响小,磁密波形光滑。d单元与c单元大致处于同一个径向位置上,这2个位置的磁密变化波形相似。e单元与其他永磁体单元相比漏磁较大,在任意时刻磁密都较低,更容易受退磁磁场影响,该位置即为最容易退磁位置。故选择e单元作为考核单元,研究起动过程中退磁磁场与转子转速之间的关系。

1.2 起动过程中退磁磁场与转速之间的关系

起动过程中,由定子绕组电流和转子导条电流共同产生的同步速旋转磁场,超前以转子速旋转的永磁磁场δ空间电角度。cosδ可表征同步磁场作用在永磁磁场方向上的分量的正负和大小,当cosδ>0时,同步磁场对永磁体起增磁作用,永磁体内磁密增大;当cosδ<0时,同步磁场相对永磁体即为退磁磁场,永磁体内磁密减小,当cosδ=-1(即δ=π)时,去磁作用较强,永磁体磁密较低[15]。

图3为利用时步有限元法分析得到的重载起动过程中的转子转速nr、cosδ和永磁体考核单元磁密Bte。由图3所示结果可以看出,LSPMSM重载起动过程中多次出现同步磁场与永磁磁场反相时刻(即cosδ=-1的时刻,对应图3中标记点“×”),因此Bte多次出现较低点。为观察反相时刻退磁磁场与转速之间的对应关系,图4给出了Bte随转速nr变化的曲线。同时,表2列出了每个反相时刻(图4中标记点“×”)下的转速nrl和永磁体考核单元工作点磁密Btel。

由图4和表2可见,在转速较低时,由于转差率较大,永磁体磁密波动较快,且定子起动电流幅值较大,感应电动势幅值较小,定、转子电流合成的同步磁场相对较弱,对永磁磁场影响较小,因此永磁体磁密波动幅值较小。随着转速升高,同步磁场增大,波动幅值增大,反相时刻下的Btel减小。在该重载起动过程中最后一个cosδ=-1时刻(如图3和图4中的圆圈标记),转速nrl达到85%同步速。此时,同步磁场对永磁磁场的去磁作用最强,从而使得永磁体考核单元工作点达到该重载起动过程中的最低点。

虽然该重载起动过程中的最后一个cosδ=-1时刻对应的转速已经达到85%的同步速,但是该转速对应的最低工作点还不是真正意义上的设计校核用的最大去磁工作点。因为如果LSPMSM在更恶劣的情况下起动,LSPMSM长时间爬行[16],最后一个cosδ=-1时刻对应的转速更大,即更接近同步速时,退磁磁场更大。因此,为了找出真正意义上的最大去磁工作点,需要建立计算模拟各个特定转速下退磁磁场的有限元模型。

2 最大退磁磁场的有限元计算

2.1 分析计算方法

计算某一特定转速下退磁磁场的方法是:假设永磁电机在转差率s下异步稳定运行,在δ=π时刻的同步速旋转磁场即为该转速下的退磁磁场。由于要模拟LSPMSM在某一特定转速下稳定运行,所以需将时步有限元运动方程中的转子机械角速度设定为某一给定转速sΩn[17],其中Ωn为同步速对应的转子机械角速度。当s=0时,表明给定转子转速为同步速。某一给定转子转速下退磁磁场有限元计算模型如下式所示:

式(1)中,第1行为磁场方程,其中A为矢量磁位,FA为永磁体等效面电流形成的列向量,K为节点向量磁位系数矩阵,S、E分别为定、转子电流对应的系数矩阵,P为转子导条涡流项对应系数矩阵;第2行为定子电路方程,其中Us为定子三相电压列向量,Is为定子三相电流组成的列向量,Rs、Lσs分别为定子绕组电阻、电感系数矩阵,M为定子电路方程中感应电动势对应的系数矩阵;第3行为转子电路方程,其中Ir为转子端环电流向量,Rr、Lσr分别为转子导条电阻、电感系数矩阵,N为转子电路方程中感应电动势对应的系数矩阵;第4行和第5行为转子运动方程,其中Ω为转子机械角速度,θ为转子位置角,Δt为计算时间步长。

2.2 异步转速下退磁磁场计算

采用2.1节给定转速有限元分析方法计算各个异步转速下的退磁磁场如图5所示,图中给出了s=0.65和s=0.15时各个转速稳态情况下,一个基频脉动周期T0/s(T0表示电源的工频周期)内的电磁转矩Tem、定子三相电流IABC、cosδ和Bte随时间的变化曲线。

由图5可见,异步转速下同步磁场与转子永磁磁场相对旋转0~2π电角度,Bte作相应的波动变化,当同步磁场与永磁磁场方向相反(即cosδ=-1时刻)时,Bte出现较低点,此刻的同步磁场即为该转速下对应的退磁磁场。随着转差率s减小,电磁转矩的波动幅值明显减小,定、转子电流幅值减小,相应的同步磁场增大,因此在反相时刻退磁磁场增大。s=0.65和s=0.15异步转速下对应的永磁体考核单元最低工作点磁密分别为-0.21 T、-0.3269 T。

2.3 同步速下退磁磁场计算

采用2.1节给定转速有限元分析方法,计算转差率s=0即同步速情况下的退磁磁场。同步速下同步磁场与转子永磁磁场相对位置,与转子初始位置角和电压源初始相位值有关。为了得到不同相对位置下的永磁体工作点,本文保持转子初始位置角不变,通过改变电压源初始相位角,计算得到稳态运行时δ在-90°~270°范围内永磁体考核单元的工作点变化情况。

以稳态运行时δ=180°为例,计算得到一个工频周期内定子三相电流IABC和永磁体考核单元工作点磁密Bte如图6所示。由图6结果可知,相比于异步速,同步速稳态运行时定子电流幅值恒定,永磁体工作点Bte保持不变。计算得到不同δ下的Bte,如图7所示。

由图7可见,当-90°<δ<90°时,同步磁场对永磁体起增磁作用;当90°<δ<270°时,同步磁场对永磁体起去磁作用;当δ=180°时,永磁体工作点Bte较低,此刻的同步磁场即为同步速下对应的最大退磁磁场。

2.4 最大去磁工作点确定

表3列出了利用2.1节给定转速时步有限元模型计算得到的各个转速nrl对应的退磁磁场作用下的永磁体考核单元磁密Btel。由表3中的结果可知,各转速下的退磁磁场随着转速升高而增大。同步速下的退磁磁场达到最大退磁磁场,同时该退磁磁场作用下的考核单元磁密即为LSPMSM的最大去磁工作点磁密。

将表3中永磁体考核单元磁密与转速之间的关系曲线,与表2利用时步有限元计算的实际起动过程中瞬态出现的永磁磁场与同步磁场反相时考核单元磁密与转速之间的关系曲线进行了比较,如图8所示。

通过图8中的对比曲线可知,两者计算结果基本一致。其中,当转子转速低于约5%同步速时,两者之间存在一定误差。主要原因是LSPMSM起动初期,定子电流中存在非周期分量,三相电流除产生一个同步旋转的磁场外,还会产生一个空间静止不动的衰减磁场[18]。该磁场会影响起动初始阶段的磁路饱和程度以及气隙磁密波动幅值,而给定转速有限元模型并没有计及这一衰减磁场,所以在转子转速较小时两者计算结果会存在一定的误差。考虑到给定转速有限元模型的主要目的是计算同步速时的最大退磁磁场。所以上述计算误差不会影响最大去磁工作点计算结果的准确度。因此,文中给定转速有限元模型计算最大退磁磁场并得到校核所用的最大去磁工作点是可行的。

3 提高抗退磁能力的复合材料转子新结构

3.1 理论角度定性分析

如何减小作用到永磁体的退磁磁场,从而提高电机抗退磁能力是进一步考虑的问题[19]。本文提出一种复合材料转子新结构,即在普通转子导条两侧增加容易制造的导磁导电复合材料,在不降低起动性能的基础上为退磁磁场提供漏磁路,减少透入永磁体的退磁磁场。改进槽型结构如图9所示。

3.2 抗退磁能力比较

利用2.1节有限元分析方法,计算得到电机采用改进槽型后各个转速下的退磁磁场,与采用原有槽型比较,如图10所示。由图10可见,改进槽型后,各转速下作用到永磁体的退磁磁场明显减小,同步速对应的最大去磁工作点磁密为-0.146 6 T,与原有槽型的-0.37 T相比,提高了60.38%。同时图11给出了同步速最大退磁磁场作用下2种结构电机每极转子磁场分布图。可见改进结构电机永磁体平均工作点高于普通槽型电机。复合材料转子新结构可为进一步深入研究如何提高LSPMSM抗退磁能力提供理论依据。

4 实验验证

永磁电机是否发生了不可逆退磁一般通过考核空载感应电动势E0是否明显降低来判断[20],并未涉及转子磁场的实际测量。为验证有限元模型计算分析起动过程中退磁磁场的有效性,本文采用文献[21]所述的测试系统对一台普通笼型转子实验电机进行动态磁场测量,测试时在被测永磁体一侧,开一个狭窄的安放霍尔磁场测量元件的槽,霍尔输入输出信号线经转轴的中心钻孔引出,并与滑环相连,实现信号线的动静转换,最终通过数据采集系统实时获得永磁电机转子磁场数据。

永磁同步电机的定子绕组通电起动,转子转速从零初始速度逐渐加速到同步速,将实时测量得到的与时步有限元计算得到的瞬态起动过程中永磁体某一单元磁场变化情况进行对比,如图12所示。

由图12可见,实测得到实验样机起动过程中永磁体磁场的变化趋势与计算结果基本一致。由于所用霍尔测量元件量程范围有限,且仿真条件如磁场测量位置、电机转动惯量、永磁体矫顽力等不能完全等同于实际运行条件,导致实测与计算结果在数值上存在一定差异。但实验结果和计算结果都表明LSPMSM起动过程中存在较强退磁磁场,永磁体工作点多次处于较低点,容易产生动态不可逆退磁。实测结果证实了采用有限元计算最大退磁磁场的必要性和可行性;实时测量磁场方法还为检验永磁电机抗退磁能力设计是否满足要求、现场运行条件是否安全提供一种手段。

5 结论

a.利用计及饱和、涡流等多种因素影响的有限元法,计算得到的同步速下永磁体最容易去磁位置的最低工作点,即为准确校核LSPMSM抗退磁能力的最大去磁工作点;

b.最大去磁工作点的磁密大小与电机结构有关,本文提出一种有利于提高LSPMSM抗退磁能力的复合材料转子鼠笼新结构,较传统导条结构电机,永磁体最大去磁工作点磁密提高约60.4%;

c.通过设计用于转子磁场测量的实验样机及相关测试系统,实现了永磁电机起动过程动态退磁磁场的测量。验证了起动过程中永磁体工作点多次处于较低点容易产生动态退磁这一特点,进一步表明本文计算最大去磁工作点方法的有效性和必要性。

篇8：同步电机的工作原理

同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。工作原理

◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

篇9：双馈发电机工作原理

暂态建模资料

摘要

随着风力发电并网容量的快速增加，风电接入对电网运行性能的影响越加 明显。联网运行双馈感应风电机组的运行特性对电网的安全稳定运行有着重要 的影响。

本文对联网运行双馈感应风电机组的仿真建模、运行控制及模型的有效性 进行了研究分析，主要包括以下内容：

分析了两相同步旋转坐标系下双馈感应风电机组数学模型的特点，建立了 双馈感应风电机组联网运行电磁暂态模型，对不同运行条件下双馈感应风电机 组的运行特性进行了仿真模拟，深入了解了双馈感应风电机组的联网运行特性。建立了联网运行双馈感应风电机组运行控制策略，在此基础上，构建了控 制系统传递函数模型，分析了PI控制器参数选择对控制系统性能的影响，提出 了PI控制器参数设置的方法。

提出了电网发生对称性故障时双馈感应风电机组的短路电流计算简化模

型，为评估双馈感应风电机组短路对电网继电保护装置的影响提供了有效的计 算模型。

设计了风电机组联网短路试验方案，分析了短路试验数据识别出风电机组

厂家未提供的风电机组撬杠保护动作值，并仿真重现了风电机组联网短路试验，仿真数据与试验数据相吻合，验证了所构建系统模型和仿真系统的有效性。研究现状

由于风能是一种随即性很强的一种能源，不能像火力发电、水力发电那样 可以预先调度，因此大规模的风力发电的接入对电网的经济、安全、稳定运行 带来了诸多不利的影响，对系统调频、调压、调峰带来了困难。同时由于风电 机组大多包含有对运行条件要求很高的电力电子变流器，在一些运行方式下电 网的扰动对风电机组的正常运行也会带来一定的影响，严重时可能会引起风电 机组跳闸，造成电网功率大幅波动，威胁着电网的运行安全，而从系统持续运 行的角度考虑，通常希望风电机组具有一定的故障穿越能力，能够在一定的故 障情况下持续联网运行，因此对联网运行风电机组的运行特性，需要进行深入 的研究。

目前联网运行的风电机组可分为恒速恒频风电机组(CSCF)及变速恒频风 电机组(VSCF)两种，恒速恒频风电机组是指在发电过程中保持转速不变的风

电机组，所采用的发电机主要是同步发电机及鼠笼式感应发电机，前者运行于同步转速，后者工作转速稍高于同步转速。变速恒频风电机组是指发电过程中

发电机转速根据风速不同做出改变的风电机组，通常有：鼠笼式异步发电机变 速恒频风力风力发电系统，交流励磁双馈感应发电机风力发电系统，无刷双馈 发电机变速恒频风力发电系统，直驱型变速恒频风力发电系统。由于变速恒频 风电机组具有较高的风能利用效率，较恒速恒频风电机组而言具有一定的优势。其中双馈感应风电机组由于所需变流器的容量较小，成为目前最广泛采用的风 力发电技术。

建模

篇10：发电机的励磁方法及工作原理

同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

一、发电机获得励磁电流的几种方式

1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。

2、交流励磁机供电的励磁方式

代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。

3、无励磁机的励磁方式：

在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。

二、发电机与励磁电流的有关特性

1、电压的调节

自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2、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：

并联运动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。

三、自动调节励磁电流的方法

在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元

。励磁系统稳定单元

用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。

四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备

自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。

励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。

近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下：

.直流励磁机励磁

直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。

.静止整流器励磁

同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。

.旋转整流器励磁