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异步电机和永磁同步电机的特性

发布日期:2022-01-20

三相线圈 + 鼠笼型转子

通常情况下,异步电机的定子为三相线圈,转子 为鼠笼式线圈,转速取决于极对数和电源频率。利用 极对数和电源频率计算得出的转速称为同步转速。负载状态可引起滑差(Slip),转速会随着负载转 矩变化。

异步电机特性公式—同步转速和滑差

用 ns 表示同步转速,f 表示频率,P 表示极对数, 则同步转速可通过式(1)计算。另外,用 n 表示转子 的转速,则滑差 s 可通过式(2)计算。


公式1

公式2

滑差和转矩的关系

功率恒定时产生的滑差称额定滑差,电机容量不 同,额定滑差也会有不同程度的差异。EV 用电机的功 率多在 10 ~ 50kW,滑差差异约在 5% ~ 3%(总的来 说,容量越大,额定滑差越小)。由式(2)可知,非工作状态的滑差值为 1;同步 转速运行时的滑差值为零,需注意滑差的变化形式。典型的异步电机滑差 - 转矩特性可用图 1表示。

图1

该图表示了电压与频率一定,只改变滑差值时,转矩 的变化情况。滑差为零时,转矩也接近零(严格来讲 是负值)。另外,当滑差达到某一值时可以得到最大 转矩,称为堵转转矩。利用 T 形等效电路可以得到异步电机的特性。若 通过设计值或实测值得知各电机常数,便可通过电路 计算出转矩或电流等特性。T 形等效电路如图 2 所示,电路有 4 个磁阻,其 上标有各自的耗电量。

图2


异步电机的结构

异步电机的结构如图 3 所示。其中,图 10(a) 所示为三相定子绕组,图 3(b)所示为鼠笼式转子。图 3(b)不能很清晰地表示转子的导条部分,可参照 图 3(c)所示的树脂材料 3D 打印模型。

图3

工作原理

对异步电机的定子绕组施加三相电压时,便会产 生旋转磁场,转子的鼠笼式线圈切割磁感线,就会产 生转矩。转子与定子绕组的旋转磁场转速相同时(以同步 转速旋转),旋转磁场与转子呈相对静止状态,无法 发生磁感线切割,因此无电磁感应,不产生转矩。励磁绕组电机和永磁电机 同步电机的定子和异步电机一样,通常是三相绕 组,结构也跟图 3(a)几乎一样。转子直流磁场的产生方式,转子,可以大致分为励 磁绕组转子和永磁体转子两种。图 4所示为 4 极电机 的转子例子。

图4

励磁绕组同步电机转子

图 4(a)所示为一般制动线圈凸极同步电机的 转子。直流供给励磁绕组,小型电机等通过滑环供电。制动线圈在负荷急剧变化等产生负荷角扰动时,使振 动迅速收敛。类似于异步电机的鼠笼式线圈。

永磁同步电机转子

图 4(b)所示为单纯的磁体形状转子。永磁体 电机的磁体,近年来使用钕铁硼永磁体和钐钴系磁体 等。这些磁体的残留磁通密度在 1T(特斯拉)以上, 并且耐热性高,有利于电机的小型化。


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