【正文】 步電動機的知識的了解，自行設(shè)計一臺25KW異步起動永磁同步電動機，定型為PMSMLS25，主要技術(shù)參數(shù)為：額定電壓：380V，3相，額定功率：25KW，額定效率:％額定功率因數(shù)：。為便于得出簡明的關(guān)系，將同步前的最后一個極差內(nèi)轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)矩角間的復雜關(guān)系近似用按正弦變化的虛線來代替．其表達式為:式中為牽入同步前最后一個極差內(nèi)的轉(zhuǎn)差率最大值。為進一步分析牽入同步能力，畫出牽入同步過程的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)矩角曲線，如圖311所示。由于穩(wěn)態(tài)同步轉(zhuǎn)矩的作用，使振蕩衰減，轉(zhuǎn)子逐漸牽入同步。 因此，電動機能否達到同步轉(zhuǎn)速，既與電動機的負載轉(zhuǎn)矩、牽入同步時的脈動轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)(包括電動機和負載)的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，也與電動機平均轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線()在接近同步轉(zhuǎn)速時的陡度有關(guān)。若負載轉(zhuǎn)矩較大，電動機負載轉(zhuǎn)矩曲線與電磁轉(zhuǎn)矩曲線的交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速離同步轉(zhuǎn)速較遠，即牽入同步過程開始時的轉(zhuǎn)差率比較大，意味著需要更多的能量以加速該負載到同步轉(zhuǎn)速。把異步起動永磁同步電動機的機械運動方程表示為式中：——電動機同步電角速度。 異步起動永磁同步電動機的平均轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線 1—s線 2—s曲線 3—s曲線 4—1，2，3的合成曲線永磁同步電動機起動過程中，定子繞組中流過三個分量的電流：頻率為的電流、磁阻負序分量磁場感生的頻率為的電流和永磁氣隙磁場感生的頻率為的電流。圖中，曲線4為曲線3三者的合成，即電動機的總平均轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的磁場以旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中感應(yīng)出頻率為的電流這相當于一臺轉(zhuǎn)速為，定子繞組通過電網(wǎng)短路的同步發(fā)電機，對轉(zhuǎn)子作用的是發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩。當，即時，則相反，轉(zhuǎn)子受到一個與方向相同的轉(zhuǎn)矩。當，即時，相當于這臺感應(yīng)電動機運行于同步轉(zhuǎn)速，在次級繞組(定子)中無感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)矩為零。這相當于又一臺感應(yīng)電動機，但轉(zhuǎn)于是初級組。轉(zhuǎn)于的反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中感應(yīng)出頻率為的電流，所產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也是，與轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)磁場也是彼此相對靜止，兩者相互作用產(chǎn)生另一異步轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)子磁路的不對稱，轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁場可分解成正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場，相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速分別為和，相對于定子的轉(zhuǎn)速分別為和。設(shè)起動某一瞬間電動機的轉(zhuǎn)差率為，電動機轉(zhuǎn)子以的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。為清晰起見，先不考慮永磁體的作用，就可把三相永磁同步電動機看成一臺轉(zhuǎn)子磁路不對稱的三相感應(yīng)電動機。此外，還要求電動機具有足夠的牽入同步能力。磁路計算時，永磁同步電動機的空載氣隙磁密波形可近似簡化為矩形波——計算極弧寬度內(nèi)磁密幅值為而極間磁密為零。永磁同步電動機的空載氣隙磁 永磁同步電動機空載氣隙磁密波形。 永磁同步電動機的磁路分析與計算 磁路計算特點 進行永磁同步電動機磁路計算時，可采用通常的電機磁路的磁位差計算方法。最大轉(zhuǎn)矩與電動機額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為永磁同步電動機的失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。由于永磁同步電動機直軸同步電抗一般小于交軸同步電抗，磁阻轉(zhuǎn)矩為一負正弦函數(shù)，因而矩角特性曲線上轉(zhuǎn)矩最大值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩角大于，而不象電勵磁同步電動機那樣小于，這是永磁同步電動機一個值得注意的特點。電動機的這些穩(wěn)態(tài)性能均可從其基本電磁關(guān)系或從相量圖推導而得。圖37e中電流滯后于，此時直軸電樞反應(yīng)為增磁性質(zhì)，導致直軸內(nèi)電動勢大于。圖中，為氣隙合成基波磁場所產(chǎn)生的電動勢，稱為氣隙合成電動勢(V)；為氣隙合成基波磁場直軸分量所產(chǎn)生的電動勢，稱為直軸內(nèi)電動勢(V)；為超前的角度，即功率角，也稱轉(zhuǎn)矩角；為電壓超前定子相電流的角度，即功率因角。時為正。—外施相電壓有效值(V)；I1—定子相電流有效值(A)；—定子繞組相電阻；、—直、交鈾電樞反應(yīng)電抗；—定子漏抗；—直軸同步電抗: —交軸同步電抗， 、—直、交軸電樞電流(A) —I1與E。 幾種典型的隔磁措施1轉(zhuǎn)軸 2轉(zhuǎn)子鐵心 3永磁體槽 4永磁體 5轉(zhuǎn)子導條 永磁同步電動機的基本理論 穩(wěn)態(tài)運行和相量圖電動機穩(wěn)定運行于同步轉(zhuǎn)速時，永磁同步電動機的電壓方程為：式中： E。近年來，有些單位研制了采用空氣隔磁加隔磁磁橋的新技術(shù)，取得了一定的效果。但當w達到一定的大小后，再增加w，隔磁交果不再有明顯的變化，而過大的w將使轉(zhuǎn)子機械強度下降，制造成本提高。但是b過小將使 沖片機械強度變差，并縮短沖模的使用壽命。上圖為幾種典型的隔磁措施，圖中標尺寸b的沖片部件稱為隔磁磁橋，通過磁橋部位磁通達到飽和來起限制漏磁的作用。爪極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的性能較低，又不具備異步電動能力，但結(jié)構(gòu)和工藝較為簡單。較大的Xq和凸極率可以提高電動機的牽入同步能力、磁阻轉(zhuǎn)矩和電動機的過載倍數(shù)，四此設(shè)計高過載倍數(shù)的電動機時可充分利用大的凸極率所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電動機的Xq最大，徑向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電動機的Xq次之。 內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)于磁路結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)軸 2永磁體槽 3永磁體 4轉(zhuǎn)子導條 內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)于磁路結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)軸 2空氣隔磁槽 3永磁體 4轉(zhuǎn)子導條 內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)于磁路結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)軸 2永磁體槽 3永磁體 4轉(zhuǎn)子導條在選擇轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)時還應(yīng)考慮到不同轉(zhuǎn)子啼路結(jié)構(gòu)電機的交、直軸同步電抗Xq、Xd及其比例Xq/Xd（稱為凸極率）也不同。圖33(a)是德國西門子公司發(fā)明的結(jié)構(gòu)，需要采用非磁性轉(zhuǎn)軸或采用隔磁銅套，主要應(yīng)用于使用鐵氧體的永磁同步電動機。尤其當電機極數(shù)較多、徑向式結(jié)構(gòu)不能提供足夠的每極磁通時，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢就顯得更為突出，此外，采用該結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機的磁阻轉(zhuǎn)矩可占到總電磁轉(zhuǎn)矩的40%，對提高電機的功率密度和擴展恒功率運行范圍都是很有利的。 切向式: 該結(jié)構(gòu)的漏磁系數(shù)較大，制造工藝和成本較徑向式有所增加。 該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是漏磁系數(shù)小、轉(zhuǎn)軸上不需采取隔磁措施、極弧系數(shù)易于控制、轉(zhuǎn)子沖片機械強度高、安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形等，圖 (a)是一種工藝簡單、制造成本低、永磁體利用率高的結(jié)構(gòu)。按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)又可分為徑向式、切向式和混合式三種。起阻尼或起動作用，動、穩(wěn)態(tài)性能好，廣泛用于要求有異步起動能力或動態(tài)必能高的永磁同步電動機。但因轉(zhuǎn)面無法安裝起動繞組，無異步起動能力，不能用于異步起動永磁同步電機。但漏磁系數(shù)和制造成本都有較凸出式大。此外，表面凸出式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的永磁磁極易于實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計，使之成為能使電動機氣隙磁密波形趨近于正弦波的磁極形狀，可顯著提高電動機以至整個傳動系統(tǒng)的性能。對采用稀土永磁的電機來說，由于永磁材料的相對回復磁導率接近于1，所以表面凸出式轉(zhuǎn)子在電磁性能上屬于隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；而表面插入式轉(zhuǎn)子的相鄰兩個永磁磁極間有著磁導率很大的鐵磁材料，故在電磁性能上屬于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。有的調(diào)速成永磁同步電動機的永磁磁極用話多矩形小條拼裝成瓦片形，能降低電動機的制造成本。按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)一般可分為三種：表面式、內(nèi)置式和爪極式。它的主要優(yōu)點在于電動機轉(zhuǎn)動慣量比常規(guī)永磁同步電動機大，且電樞鐵心直徑可以做得較大，從而提高了在不穩(wěn)定負載下電動機的效率和輸出功率。轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動機的運行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場合也不同。此外，氣隙長度的大小還對電動機的裝配工藝和電動機的雜散損耗有著較大的影響?？纱鬁p小電動機轉(zhuǎn)矩紋波，提高電動機運行平衡性，為減小電動機雜散損耗，定子繞組通常采用星形接法。電樞繞組既有采用集中整距繞組的，也有采用分布短距繞組和非常規(guī)繞組的，一般來說，矩形波永磁同步電動機通常采用集中整距繞組，而正弦波永磁同步電動機更常采用分布短距繞組。轉(zhuǎn)子鐵心可以做成實心的。定了與普通感應(yīng)電動機基本相同。德國 SIMENS公司提出的一種混合式結(jié)構(gòu)，采用非磁性轉(zhuǎn)軸或采用隔磁銅套，主要應(yīng)用于剩磁密度較低的鐵氧體永磁材料制造的的永磁同步電動機。對于混合式磁極結(jié)構(gòu)，應(yīng)用較為普遍。為此，為了避免氣隙磁場有嚴重的諧波畸變，空氣槽應(yīng)該是閉口的，而且閉口槽沿徑向逐漸加寬，加寬的程度受空載電勢的減小和轉(zhuǎn)子鐵心飽和程度的限制。由于直軸電樞反應(yīng)較強，引起從Xq它使得二次反應(yīng)式轉(zhuǎn)矩在090。其效率可達到 %。早在80年代中期，國外學者就提出了徑向磁路的異步起動永磁同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子磁極多數(shù)選用具有高的矯頑力、剩磁密度及磁能積的稀土永磁材料。 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu) 永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)三相異步起動永磁同步電動機定子沖片及繞組型式與三相感應(yīng)電機基本相同，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為復雜。本章采用磁路法方法對異步起動永磁同步電動機的各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設(shè)計,并得出結(jié)論。尤其是起動性能的設(shè)計計算問題，磁路法的準確性和精度都存在一定的誤差。對于鼠籠條來講，其作用主要是完成起動任務(wù)，而磁鋼的作用是在這種電機穩(wěn)態(tài)運行時，提供勵磁磁勢，使電機具有較高的力能指標。第3章 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)與感應(yīng)電動機相比，異步起動永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為復雜。保溫2至4小時。由于它的矯頑力溫度系數(shù)為正值，溫度越低、矯頑力越小，故需進行負溫穩(wěn)磁處理。因此為了保證永磁電機在運行過程中性能穩(wěn)定，不發(fā)生明顯的不可逆退磁，在使用前應(yīng)先進行穩(wěn)磁處理（或叫老化處理），其辦法是將充磁后的永磁材料長溫至預計最高溫度并保溫一定時間，以預先消除這部分不可逆損失。應(yīng)變注意到，對于各向異性的永磁體，充磁時的磁場方向應(yīng)與磁場熱處理時的磁場方向一致，否則磁性能反而會有所降低。以過磁場熱處理后，永磁材料的磁性能提高，而且?guī)в蟹较蛐?，順磁場方向最大，垂直磁場方向最小，這叫做各向異性。更需對永磁材料逐片進行檢測。比較穩(wěn)妥。影響磁性能。而且，標準中規(guī)定的性能數(shù)據(jù)是以特定形狀和尺寸的試樣的測試性能為依據(jù)的，對于電機中實際采用的永磁體形狀和尺寸，其磁性能與標準數(shù)據(jù)之間也會存在一定的差別。 永磁材料的應(yīng)用注意事項在應(yīng)用時除前面提到的以外還應(yīng)注意：1）永磁材料的實際磁性能與生產(chǎn)廠的具體制造工藝有關(guān)，其值與標準規(guī)定的數(shù)據(jù)之間往往存在一定的偏差。在生產(chǎn)批量大且磁極開頭復雜的場合，優(yōu)先采用粘結(jié)永磁材料。4）在工作溫度超過300度的場合或?qū)囟确€(wěn)定性要求嚴的場合，如各種測量儀器用電機，優(yōu)先采用溫度系數(shù)低的鋁鎳鈷永磁。1：5型稀土鈷永磁的應(yīng)用場合將有所縮小，主要用于在高溫情況下使用和退磁磁場大的場合。不僅在部分應(yīng)用場合有可能取代其他永磁材料，還可能逐步取代部分傳統(tǒng)的電勵磁電機。4）經(jīng)濟性要好，價格適宜。2）在規(guī)定的環(huán)境條件下，工作溫度和使用條件下應(yīng)能保證磁性能的穩(wěn)定性。對永磁材料而言，隨時間的磁通損失與所經(jīng)歷時間的對數(shù)基本上成線性關(guān)系，因此可以從較短時間的磁通損失來推算出長時間的磁通損失，從而判斷出永磁體的使用壽命 永磁材料的選擇和應(yīng)用注意事項 永磁材料的選擇永磁材料的種類多種多樣，性能相關(guān)很大，因此在設(shè)計永磁電機時首先要選擇好適宜的永磁材料品種和具體的性能指標。4）時間穩(wěn)定性永磁材料充磁以后在通常的環(huán)境條件下，即使不受周圍環(huán)境其它外界因素的影響，其磁性能也會隨時間而變化，通常以一定尺寸形狀的樣品的開路磁通隨時間損失的百分比來表示，叫做時間穩(wěn)定性，或叫自然時效。3）化學穩(wěn)定性受酸、堿、氧氣和氫氣等化學因素的作用，永磁材料內(nèi)部或表面化學結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，將嚴重影響材料的磁性能。一種永磁材料的內(nèi)稟矯頑力越大，內(nèi)稟退磁曲線的矩形度越好（或者說越大），則這種永磁材料的磁穩(wěn)定性越高，即抗外磁場干擾能力越強。最高工作溫度的定義是將規(guī)定尺寸的樣品加熱到某一恒定的溫度，長時間放置（一般取1000），然后將樣品冷卻到室溫，其開路磁通不可逆損失小于5%的最高保溫溫度定義為該永磁材料的最高工作溫度，符號為，單位為或。永磁材料的溫度特性還可用居里溫度和最高工作溫度來表示。前者是指永磁體重新充磁也不能復原的損失，一般因為較高的溫度引起永磁體微結(jié)構(gòu)的變化（如氧化）而造成的。溫度恢復后磁性能不能回復到原有值的部分，稱為不可逆損失。從圖25可以看出，磁性能的損失可分為兩部分：可逆損失和不可逆損失。1）熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性是指永磁體由所處環(huán)境溫度的改變而引起磁性能變化的程度，故又稱溫度穩(wěn)定性。 穩(wěn)定性 為了保證永磁電機的電氣性能不發(fā)生變化，能長期可靠地運行，要求永磁材料的磁性能保持穩(wěn)定。為標志曲線的矩形度，特地定義一個參數(shù)，稱為臨界場強，等于內(nèi)稟退磁曲線上當時所對應(yīng)的退磁磁場強度值，單位為A/m。 除了值外，內(nèi)稟退磁曲線的形狀也影響永磁材料的磁穩(wěn)定。過去，鋁鎳鈷永磁的內(nèi)稟退磁曲線與退磁曲線很接近，與相近且很小，故一般書上沒有強調(diào)內(nèi)稟退磁曲線。 圖 內(nèi)稟退磁曲線和退磁曲線的關(guān)系內(nèi)稟退磁曲線上磁極化強度J為零時，相應(yīng)的磁場強度值稱為內(nèi)稟矯頑力，又稱磁化強度矯頑力，其符號為，單位為A/m。又稱磁極化強度J 。這時磁感應(yīng)強度B含有兩個分量：一部分是與真空中一樣的分量。由鐵磁學理論可知，在真空中磁感應(yīng)強度與磁場強度間的關(guān)系為: 而在磁性材料中 式中M為磁化強度，是單位體積磁性材料內(nèi)各磁疇磁矩的矢量和，單位為A/m，它是描述磁性材料被磁化后大大加強了磁場。還需要另一種表征永磁材料內(nèi)在磁性能的