搞永磁電機(jī)必須知道的知識(shí)點(diǎn)

點(diǎn)擊量：2320   日期：2018-08-13

朋友聚會(huì)談起新能源汽車，話題自然導(dǎo)向汽車動(dòng)力核心――永磁電機(jī)。以永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)極其緊湊的新能源汽車電機(jī)為例解說永磁電機(jī)無可替代的獨(dú)特優(yōu)勢，強(qiáng)調(diào)永磁電機(jī)并不僅僅永磁同步電機(jī)一種，有直流永磁、無刷直流永磁和永磁同步電機(jī)三種基本類型。

直流永磁電機(jī)
直流永磁電機(jī)是將直流電勵(lì)磁電機(jī)或常規(guī)意義上的直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組和磁極去掉，換成永磁體，其余如電樞、電刷和換向器等主體結(jié)構(gòu)不變。如絕大多數(shù)玩具電機(jī)、電動(dòng)剃須刀等，均采用了微型直流永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)十分簡單，定子為鐵殼內(nèi)表面黏貼瓦型磁鋼，轉(zhuǎn)子為“換向器+電樞”，碳刷、刷架和及接線系統(tǒng)集成在殼體上。與電勵(lì)磁直流電機(jī)相比，直流永磁電機(jī)勵(lì)磁磁場不可調(diào)，只能通過調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速。
無刷直流永磁電機(jī)
直流永磁電機(jī)雖然省卻了電勵(lì)磁系統(tǒng)，由于用“電刷/換向器”機(jī)械接觸機(jī)構(gòu)，換向火花、電磁干擾、壽命短和可靠性等問題仍然存在，極大限制了其使用范圍。
隨著微電子器件和電力電子器件方面的進(jìn)步和發(fā)展，電子換向替代機(jī)械換向的技術(shù)日益成熟，無刷直流永磁電機(jī)迅猛發(fā)展起來。如日常生活中幾乎隨處可見的電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車，全部采用了外轉(zhuǎn)子無刷直流永磁電機(jī)。
無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)
如前所述，無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者運(yùn)行機(jī)理相同，但性能方面存在一定差異。
運(yùn)行機(jī)理上，施加在電動(dòng)機(jī)上的電壓都是恒定不變的直流電壓，輸入電動(dòng)機(jī)的電流都是直流電流，作用在電樞線圈(又稱元件)上的電壓極性和通過電樞線圈的電流方向都是交變的，電樞線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢的波形基本上是相似的，方向都是交變的。因此，無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)可以直接沿用有刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，只是某些具體的計(jì)算公式略有不同而已。
運(yùn)行性能方面，有刷直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組的元件數(shù)和換向器的換向片數(shù)多于無刷直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組的相數(shù)，運(yùn)行過程中有較大的差別：有刷直流電動(dòng)機(jī)的磁極磁場與電樞磁場始終處于正交狀態(tài)，而無刷直流電動(dòng)機(jī)的磁極磁場與電樞磁場在某一角度范圍內(nèi)變動(dòng)，正交狀態(tài)僅只是其中的一個(gè)瞬時(shí)位置。因此，在其他條件相同的情況下，在運(yùn)行過程中，無刷直流電動(dòng)機(jī)的力矩脈動(dòng)要大于有刷直流電動(dòng)機(jī)的力矩脈動(dòng)，無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁力矩要小于有刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁力矩。
永磁同步電機(jī)
永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行原理相同。因不需要?jiǎng)?lì)磁繞組和直流勵(lì)磁電源，故取消了容易出問題的集電環(huán)和電刷裝置，成為無刷電機(jī)。
●永磁發(fā)電機(jī)
永磁發(fā)電機(jī)制成后難以調(diào)節(jié)磁場以控制其輸出電壓和功率因數(shù)，從而限制了它的使用范圍。如直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，與電網(wǎng)間的能量交換必須通過變頻器實(shí)現(xiàn)，無法直聯(lián)。
●永磁同步電動(dòng)機(jī)
變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動(dòng)機(jī)，既具有電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)異調(diào)速特性，又實(shí)現(xiàn)了無刷化，在要求高控制精度和高可靠性的場合，如航空、航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得廣泛應(yīng)用。通常，反電動(dòng)勢和供電電流波形都是矩形波的電動(dòng)機(jī)稱之為無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)；反電動(dòng)勢和供電電流波形都是正弦波的電動(dòng)機(jī)，稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。
永磁同步電動(dòng)機(jī)與無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)
永磁同步電動(dòng)機(jī)與無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)均由變頻器供電，最終加到電樞繞組上的電壓和供電電流都是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步交變，故而往往不加區(qū)分地都稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。然而就內(nèi)部發(fā)生的電磁過程而言，永磁式同步電動(dòng)機(jī)和電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)完全相同，無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)則與電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)基本相同，機(jī)理上有較大區(qū)別：永磁同步電動(dòng)機(jī)電樞磁場為三相合成旋轉(zhuǎn)磁勢波，永磁體轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁勢波嚴(yán)格同步；無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)電樞磁場為功率開關(guān)器件控制的跳躍式磁勢波，永磁體轉(zhuǎn)速與磁勢波宏觀上同步。