永磁式電動機自動復位裝置原理

❶ 單相永磁同步電機是什麼原理

一、 概述

眾所周知，直流電動機有優良的控制性能，其機械特性和調速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉矩大、效率高、調速方便、動態特性好等特點。優良的控制特性使直流電動機在70年代前的很長時間里，在有調速、控制要求的場合，幾乎成了唯一的選擇。但是，直流電動機的結構復雜，其定子上有激磁繞組產生主磁場，對功率較大的直流電動機常常還裝有換向極，以改善電機的換向性能。直流電機的轉子上安放電樞繞組和換向器，直流電源通過電刷和換向器將直流電送入電樞繞組並轉換成電樞繞組中的交變電流，即進行機械式電流換向。復雜的結構限制了直流電動機體積和重量的進一步減小，尤其是電刷和換向器的滑動接觸造成了機械磨損和火花，使直流電動機的故障多、可靠性低、壽命短、保養維護工作量大。換向火花既造成了換向器的電腐蝕，還是一個無線電干擾源，會對周圍的電器設備帶來有害的影響。電機的容量越大、轉速越高，問題就越嚴重。所以，普通直流電動機的電刷和換向器限制了直流電動機向高速度、大容量的發展。

在交流電網上，人們還廣泛使用著交流非同步電動機來拖動工作機械。交流非同步電動機具有結構簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養維護簡便。但是，與直流電動機相比，它調速性能差，起動轉矩小，過載能力和效率低。其旋轉磁場的產生需從電網吸取無功功率，故功率因素低，輕載時尤甚，這大增加了線路和電網的損耗。長期以來，在不要求調速的場合，例如風機、水泵、普通機床的驅動中，非同步電動機佔有主導地位，當然這類拖動中，無形中損失了大量電能。

過去的電力拖動中，很少彩同步電動機，其主要原因是同步電動機不能在電網電壓下自行起動，靜止的轉子磁極在旋轉磁場的作用下，平均轉矩為零。人們亦知道變頻電源可解決同步電動機的起動和調速問題，但在70年代以前，變頻電源是可想而不可得的設備。所以，過去的電力拖動中，很少看到用同步電動機作原動機。在大功率范圍內，偶爾也有同步電動機運行的例子，但它往往是用來改善大企業的電網功率因數。

自70年代以來，科學技術的發展極大地推動了同步電動機的發展和應用，主要的原因有：

1、 高性能永磁材料的發展

永磁材料近年來的開發很快，現有鋁鎳鈷、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又有第一代釤鈷1：5，第二代釤鈷2：17和第三釹鐵硼。鋁鎳鈷是本世紀三十年代研製成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應強度高，熱穩定性好等優點，但它矯頑力低，抗退磁能力差，而且要用貴重的金屬鈷，成本高，這些不足大大限制了它在電機中的應用。鐵氧體磁體是本世紀五十年代初開發的永磁材料，其最大的特點是價格低廉，有較高的矯頑力，其不足是剩磁感應強度和磁能積都較低。釤鈷稀土永磁材料在六十年代中期問世，它具有鋁鎳鈷一樣高的剩磁感應強度，矯頑力比鐵氧體高，但釤稀土材料價格較高。80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現，它具有高的剩磁感應強度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點特別適合在電機中使用。它們不足是溫度系數大，居里點低，容易氧化生銹而需塗復處理。經過這幾年的不斷改進提高，這些缺點大多已經克服，現釹鐵硼永磁材料最高的工作溫度已可達180℃，一般也可達150℃，已足以滿足絕大多數電機的使用要求。表1是各種永磁材料性能比較。
表1各種永磁材料的性能比較

永磁材料的發展極大地推動了永磁同步電動機的開發應用。在同步電動機中用永磁體取代傳統的電激磁磁極的好處是：

用永磁體替代電激磁磁極，簡化了結構，消除了轉子的滑環、電刷，實現了無刷結構，縮小了轉子體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發熱。當今中小功率的同步電動機絕大多數已採用永磁式結構。

2、電力電子技術的發展大大促進了永磁同步電動機的開發應用。

電力電子技術是信息產業和傳統產業間重要的介面，是弱電與被控強電之間的橋梁。自58年世界上第一個功率半導體開關晶閘管發明以來，電力電子元件已經歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關斷能力的半導體器件（大功率晶體管GTR、可關斷晶閘管GTO、功率場效應管MOSFET）的三代復合場控器件（絕緣柵功率晶體管IGBT、靜電感應式晶體管SIT、MOS控制的晶體管MCT等）直至90年代出現的第四代功率集成電路IPM。半導體開關器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大降低，控制電路日趨完美，它極大地推動了各類電機的控制。70年代出現了通用變頻器的系列產品，可將工頻電源轉變為頻率連續可調的變頻電源，這就為交流電機的變頻調速創造了條件。這些變頻器在頻率設定後都有軟起動功能，頻率會以一定速率從零上升設定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調整，這對同步電動機而言就是解決了起動問題。對最新的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導體開關組成的逆變電路是其控制系統的必不可少的功率環節。

3、規模集成電路和計算機技術的發展完全改觀了現代永磁同步電動機的控制集成電路和計算機技術是電子技術發展的代表，它不僅是高新電子信息產業的核心，又是不少傳統產業的改造基礎。它們的飛速發展促進了電機控制技術的發展與創新。

70年代人們對交流電機提出了矢量控制的概念。這種理論的主要思想是將交流電機電樞繞組的三相電流通過坐標變換分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動機來控制，可獲得與直流電動機一樣良好的動態調速特性。這種控制方法已經成熟，並已成功地在交流伺服系統中得到應用。因為這種方法採用了坐標變換，所以對控制器地運算速度、數據處理能力，控制地實時性和控制精度等提出了很高的要求，單片機往往都不能滿足要求。近年來各種集成化的數字信號處理器（DSP）發展很快，性能不斷改善，軟體和開發工具越來越多，出現了專門用於電機控制的高性能、低價位的DSP。集成電路和計算技術的發展對永磁同步電動機控制技術起到了重要的推動作用。

二、 永磁同步電動機的運行控制方法

永磁同步電動機的運行可分為外同步和自同步二類。用獨立的變頻電源向永磁同步電動機供電，同步電動機轉速嚴格地跟隨電源頻率而變化，此即為外同步式永磁同步電動機運行。外同步運行常用於開環控制，由於轉速與頻率的嚴格關系，此運行方式適合在多台電動機要求嚴格同步運行的場合使用。例如，紡織行業紗錠驅動，傳送帶錕道驅動等場合。為此可選用一台較大容量的變頻器，同時向多台永磁同步電動機供電。當然，變頻器必須能軟起動，輸出頻率能由低到高逐步上升到以解決同步電動機的起動問題。

所謂自同步的永磁同步電動機，其定子繞組產生的旋轉磁場位置由永磁轉子的位置所決定，能自動地維持與轉子磁場有900的空間夾角，以產生最大的電機轉矩。旋轉磁場的轉速則嚴格地由永磁轉子的轉速所決定。用此種方式運行的永磁同步電動機除仍需逆變器開關電路外，還需要一個能檢測轉子位置的感測器，逆變器的開關工作，即永磁同步電動機定子繞組得到的多相電流，完全由轉子位置檢測裝置給出的信號來控制。這種定子旋轉磁場由定子位置來決定的運行方式即自同步的永磁同步電動機運行方式，這是從60年代後期發展起來的新方式。自同步的永磁同步電動機運行方式從原理上分析可知，它具有直流電動機的特性，有穩定的起動轉矩，可以自行起動，並可類似於直流電動機對電機進行閉環控制。自同步的永磁同步電動機已成為當今永磁同步電動機應用的主要方式。

自同步永磁同步電動機按電機定子繞組中加入的電流形式可分為方波電動機和正弦波電動機二類。方波電動機繞組中的電流式方波形電流，分析其工作原理可知，它與有刷直流電動機工作原理完全相同。不同處在於它用電子開關電路和轉子位置感測器取代了有刷直流電動機的換向器和電刷，從而實現了直流電動機的無刷化，同時保持了直流電動機的良好控制特性，故該類方波電動機人們習慣稱為無刷直流電動機。這是當前使用最廣泛的，很有前途的一種自同步永磁同步電動機。

正弦波自同步永磁同步電動機其定子繞組得到的是對稱三相交流電，但三相交流電的頻率、相位和幅值由轉子的位置信號所決定。轉子位置檢測通常使用光電編碼器，可精確地獲得瞬間轉子位置信息。其控制通常採用單片機或數字信號處理器（DSP）作為控制器的核心單元。因其控制性能、控制精度和轉矩的平穩性較無刷直流電動機控制系統為好，故主要用於現代高精度的交流伺服控制系統中。

三、 永磁同步電動機在現代工業中的應用

現代工農業中的驅動電機常用的有交流非同步電動機、有刷直流電動機和永磁同步電動機（包括無刷直流電動機）三大類，它們的綜合特性比較見表2。

按照不同的工農業生產機械的要求，電機驅動又分為定速驅動、調速驅動和精密控制驅動三類。

1、 定速驅動

工農業生產中有大量的生產機械要求連續地以大致不變的速度單方向運行，例如風機、泵、壓縮機、普通機床等。對這類機械以往大多採用三相或單相非同步電動機來驅動。非同步電動機成本較低，結構簡單牢靠，維修方便，很適合該類機械的驅動。但是，非同步電動機效率、功率因數低、損耗大，而該類電機使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費了。其次，工農業中大量使用的風機、水泵往往亦需要調節其流量，通常是通過調節風門、閥來完成的，這其中又浪費了大量的電能。70年代起，人們用變頻器調節風機、水泵中非同步電動機轉速來調節它們的流量，取得可觀的節能效果，但變頻器的成本又限制了它的使用，而且非同步電動機本身的低效率依然存在。

例如，家用空調壓縮機原先都是採用單相非同步電動機，開關式控制其運行，雜訊和較高的溫度變化幅度是它的不足。90年代初，日本東芝公司首先在壓縮機控制上採用了非同步電動機的變頻調速，變頻調速的優點促進了變頻空調的發展。近年來日本的日立、三洋等公司開始採用永磁無刷電動機來替代非同步電動機的變頻調速，顯著提高了效率，獲得更好的節能效果和進一步降低了雜訊，在相同的額定功率和額定轉速下，設單相非同步電動要的體積和重量為100%，則永磁無刷直流電動機的體積為38.6%，重量為34.8%，用銅量為20.9%，用鐵量為36.5%，效率提高10%以上，而且調速方便，價格和非同步電動機變頻調速相當。永磁無刷直流電動機在空調中的應用促進了空調劑的升級換代。

再如儀器儀表等設備上大量使用的冷卻風扇，以往都採用單相非同步電動機外轉子結構的驅動方式，它的體積和重量大，效率低。近年來它已經完全被永磁無刷直流電動機驅動的無刷風機所取代。現代迅速發展的各種計算機等信息設備上更是無例外地使用著無刷風機。這些年，使用無刷風機已形成了完整的系列，品種規格多，外框尺寸從15mm到120mm共有12種，框架厚度有6mm到18mm共7種，電壓規格有直流1.5V、3V、5V、12V、24V、48V，轉速范圍從2100rpm到14000rpm，分為低轉速、中轉速、高轉速和超高轉速4種，壽命30000小時以上，電機是外轉子的永磁無刷直流電動機。

近年來的實踐表明，在功率不大於10kW而連續運行的場合，為減小體積、節省材料、提高效率和降低能耗等因素，越來越多的非同步電動機驅動正被永磁無刷直流電動機逐步替代。而在功率較大的場合，由於一次成本和投資較大，除了永磁材料外，還要功率較大的驅動器，故還較少有應用。

2、 調速驅動

有相當多的工作機械，其運行速度需要任意設定和調節，但速度控制精度要求並不非常高。這類驅動系統在包裝機械、食品機械、印刷機械、物料輸送機械、紡織機械和交通車輛中有大量應用。

在這類調速應用領域最初用的最多的是直流電動機調速系統，70年代後隨電力電子技術和控制技術的發展，非同步電動機的變頻調速迅速滲透到原來的直流調速系統的應用領域。這是因為一方面非同步電動機變頻調速系統的性能價格完全可與直流調速系統相媲美，另一方面非同步電動機與直流電動機相比有著容量大、可靠性高、干擾小、壽命長等優點。故非同步電動機變頻調速在許多場合迅速取代了直流調速系統。

交流永磁同步電動機由於其體積小、重量輕、高效節能等一系列優點，越來越引起人們重視，其控制技術日趨成熟，控制器已產品化。中小功率的非同步電動機變頻調速正逐步為永磁同步電動機調速系統所取代。電梯驅動就是一個典型的例子。電梯的驅動系統對電機的加速、穩速、制動、定位都有一定的要求。早期人們採用直流電動機調速系統，其缺點是不言而喻的。70年代變頻技術發展成熟，非同步電動機的變頻調速驅動迅速取代了電梯行業中的直流調速系統。而這幾年電梯行業中最新驅動技術就是永磁同步電動機調速系統，其體積小、節能、控制性能好、又容易做成低速直接驅動，消除齒輪減速裝置；其低雜訊、平層精度和舒適性都優於以前的驅動系統，適合在無機房電梯中使用。永磁同步電動機驅動系統很快得到各大電梯公司青睞，與其配套的專用變頻器系列產品已有多種牌號上市。可以預見，在調速驅動的場合，將會是永磁同步電動機的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步電動機產品相配的變頻控制器，功率從0.4kW～300kW,體積比同容量非同步電動機小1～2個機座號，力能指標明顯高於非同步電動機，可用於泵、運輸機械、攪拌機、卷揚機、升降機、起重機等多咱場合。

3、 精密控制驅動

① 高精度的伺服控制系統

伺服電動機在工業自動化領域的運行控制中扮演了十分重要的角色，應用場合的不同對伺服電動機的控制性能要求也不盡相同。實際應用中，伺服電動機有各種不同的控制方式，例如轉矩控制/電流控制、速度控制、位置控制等。伺服電動機系統也經歷了直流伺服系統、交流伺服系統、步進電機驅動系統，直至近年來最為引人注目的永磁電動機交流伺服系統。最近幾年進口的各類自動化設備、自動加工裝置和機器人等絕大多數都採用永磁同步電動機的交流伺服系統。

② 信息技術中的永磁同步電動機

當今信息技術高度發展，各種計算機外設和辦公自動化設備也隨之高度發展，與其配套的關鍵部件微電機需求量大，精度和性能要求也越來越高。對這類微電機的要求是小型化、薄形化、高速、長壽命、高可靠、低雜訊和低振動，精度要求更是特別高。例如，硬碟驅動器用主軸驅動電機是永磁無刷直流電動機，它以近10000rpm的高速帶動碟片旋轉，碟片上執行數據讀寫功能的磁頭在離碟片表面只有0.1～0.3微米處作懸浮運動，其精度要求之高可想而知了。信息技術中各種設備如列印機、軟硬碟驅動器、光碟驅動、傳真機、復印機等中所使用的驅動電機絕大多數是永磁無刷直流電動機。受技術水平限制，這類微電機目前國內還不能自己製造，有部分產品在國內組裝。

四、 永磁同步電動機的應用前景

由於電子技術和控制技術的發展，永磁同步電動機的控制技術亦已成熟並日趨完善。以往同步電動機的概念和應用范圍已被當今的喲觀念慈同步電動機大大擴展。可以毫不誇張地說，永磁同步電動機已在從小到大，從一般控制驅動到高精度的伺服驅動，從人們日常生活到各種高精尖的科技領域作為最主要的驅動電機出現，而且前景會越來越明顯。

❷ 永磁同步電動機的結構、原理

同步發電機為了實現能量的轉換，需要有一個直流磁場而產生這個磁場的直流電流，稱為發電機的勵磁電流。根據勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發電機，稱為他勵發電機，從發電機本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發電機。
一、發電機獲得勵磁電流的幾種方式
1、直流發電機供電的勵磁方式：這種勵磁方式的發電機具有專用的直流發電機，這種專用的直流發電機稱為直流勵磁機，勵磁機一般與發電機同軸，發電機的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環及固定電刷從勵磁機獲得直流電流。這種勵磁方式具有勵磁電流獨立，工作比較可靠和減少自用電消耗量等優點，是過去幾十年間發電機主要勵磁方式，具有較成熟的運行經驗。缺點是勵磁調節速度較慢，維護工作量大，故在10MW以上的機組中很少採用。
2、交流勵磁機供電的勵磁方式，現代大容量發電機有的採用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發電機大軸上，它輸出的交流電流經整流後供給發電機轉子勵磁，此時，發電機的勵磁方式屬他勵磁方式，又由於採用靜止的整流裝置，故又稱為他勵靜止勵磁，交流副勵磁機提供勵磁電流。交流副勵磁機可以是永磁機或是具有自勵恆壓裝置的交流發電機。為了提高勵磁調節速度，交流勵磁機通常採用100——200HZ的中頻發電機，而交流副勵磁機則採用400——500HZ的中頻發電機。這種發電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內，轉子只有齒與槽而沒有繞組，像個齒輪，因此，它沒有電刷，滑環等轉動接觸部件，具有工作可靠，結構簡單，製造工藝方便等優點。缺點是噪音較大，交流電勢的諧波分量也較大。
3、無勵磁機的勵磁方式：
在勵磁方式中不設置專門的勵磁機，而從發電機本身取得勵磁電源，經整流後再供給發電機本身勵磁，稱自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自並勵和自復勵兩種方式。自並勵方式它通過接在發電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經整流後供給發電機勵磁，這種
勵磁方式具有結簡單，設備少，投資省和維護工作量少等優點。自復勵磁方式除沒有整流變壓外，還設有串聯在發電機定子迴路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發生短路時，給發電機提供較大的勵磁電流，以彌補整流變壓器輸出的不足。這種勵磁方式具有兩種勵磁電源，通過整流變壓器獲得的電壓電源和通過串聯變壓器獲得的電流源。
二、發電機與勵磁電流的有關特性
1、電壓的調節
自動調節勵磁系統可以看成為一個以電壓為被調量的負反饋控制系統。無功負荷電流是造成發電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質量的要求，發電機的端電壓應基本保持不變，實現這一要求的辦法是隨無功電流的變化調節發電機的勵磁電流。
2、無功功率的調節：
發電機與系統並聯運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟著變化，此時發電機的無功電流也跟著變化。當發電機與無限大容量系統並聯運行時，為了改變發電機的無功功率，必須調節發電機的勵磁電流。此時改變的發電機勵磁電流並不是通常所說的「調壓」，而是只是改變了送入系統的無功功率。
3、無功負荷的分配：
並聯運行的發電機根據各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發電機應負擔較多無功負荷，而容量較小的則負提供較少的無功負荷。為了實現無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調節的勵磁裝置，改變發電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發電機電壓調節特性的傾斜度進行調整，以實現並聯運行發電機無功負荷的合理分配。
三、自動調節勵磁電流的方法
在改變發電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉子迴路中進行，因為該迴路中電流很大，不便於進行直接調節，通常採用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調節發電機轉子電流的目的。常用的方法有改變勵磁機勵磁迴路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。這里主要講改變可控硅導通角的方法，它是根據發電機電壓、電流或功率因數的變化，相應地改變可控硅整流器的導通角，於是發電機的勵磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管，可控硅電子元件構成，具有靈敏、快速、無失靈區、輸出功率大、體積小和重量輕等優點。在事故情況下能有效地抑制發電機的過電壓和實現快速滅磁。自動調節勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調差單元、穩定單元、限制單元及一些輔助單元構成。被測量信號（如電壓、電流等），經測量單元變換後與給定值相比較，然後將比較結果（偏差）經前置放大單元和功率放大單元放大，並用於控制可控硅的導通角，以達到調節發電機勵磁電流的目的。同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步，以保證控硅的正確觸發。調差單元的作用是為了使並聯運行的發電機能穩定和合理地分配無功負荷。穩定單元是為了改善電力系統的穩定而引進的單元 。勵磁系統穩定單元 用於改善勵磁系統的穩定性。限制單元是為了使發電機不致在過勵磁或欠勵磁的條件下運行而設置的。必須指出並不是每一種自動調節勵磁裝置都具有上述各種單元，一種調節器裝置所具有的單元與其擔負的具體任務有關。
四、自動調節勵磁的組成部件及輔助設備
自動調節勵磁的組成部件有機端電壓互感器、機端電流互感器、勵磁變壓器；勵磁裝置需要提供以下電流，廠用AC380v、廠用DC220v控制電源.廠用DC220v合閘電源；需要提供以下空接點，自動開機.自動停機.並網（一常開，一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號，發電機機端電壓100V，發電機機端電流5A，母線電壓100V，勵磁裝置輸出以下繼電器接點信號；勵磁變過流，失磁，勵磁裝置異常等。
勵磁控制、保護及信號迴路由滅磁開關，助磁電路、風機、滅磁開關偷跳、勵磁變過流、調節器故障、發電機工況異常、電量變送器等組成。在同步發電機發生內部故障時除了必須解列外，還必須滅磁，把轉子磁場盡快地減弱到最小程度，保證轉子不過的情況下，使滅磁時間盡可能縮短，是滅磁裝置的主要功能。根據額定勵磁電壓的大小可分為線性電阻滅磁和非線性電阻滅磁。
近十多年來，由於新技術，新工藝和新器件的涌現和使用，使得發電機的勵磁方式得到了不斷的發展和完善。在自動調節勵磁裝置方面，也不斷研製和推廣使用了許多新型的調節裝置。由於採用微機計算機用軟體實現的自動調節勵磁裝置有顯著優點，目前很多國家都在研製和試驗用微型機計算機配以相應的外部設備構成的數字自動調節勵磁裝置，這種調節裝置將能實現自適應最佳調節。
獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。目前採用的勵磁方式分為兩大類：一類是用直流發電機作為勵磁電源的直流勵磁機勵磁系統；另一類是用硅整流裝置將交流轉化成直流後供給勵磁的整流器勵磁系統。現說明如下：
1 直流勵磁機勵磁 直流勵磁機通常與同步發電機同軸，採用並勵或者他勵接法。採用他勵接法時，勵磁機的勵磁電流由另一台被稱為副勵磁機的同軸的直流發電機供給。如圖15.5所示。
2 靜止整流器勵磁 同一軸上有三台交流發電機，即主發電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機。副勵磁機的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來後再轉為自勵(有時採用永磁發電機)。副勵磁機的輸出電流經過靜止晶閘管整流器整流後供給主勵磁機，而主勵磁機的交流輸出電流經過靜止的三相橋式硅整流器整流後供給主發電機的勵磁繞組。
3 旋轉整流器勵磁 靜止整流器的直流輸出必須經過電刷和集電環才能輸送到旋轉的勵磁繞組，對於大容量的同步發電機，其勵磁電流達到數千安培，使得集電環嚴重過熱。因此，在大容量的同步發電機中，常採用不需要電刷和集電環的旋轉整流器勵磁系統，如圖15.7所示。主勵磁機是旋轉電樞式三相同步發電機，旋轉電樞的交流電流經與主軸一起旋轉的硅整流器整流後，直接送到主發電機的轉子勵磁繞組。交流主勵磁機的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機經靜止的晶閘管整流器整流後供給。由於這種勵磁系統取消了集電環和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統。

❸ 永磁式電動機的工作原理是什麼

首先永磁同步電機要建立主磁場，勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場;然後採用三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體;在原動機拖動轉子旋轉的情況下，極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉並順次切割定子各相繞組，因此電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。由於電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。
對於轉子直流勵磁的同步電動機，若採用永磁體取代其轉子直流繞組則相應的同步電動機就成為永磁同步電動機。
永磁同步電動機的組成部分：定子、永久磁鋼轉子、位置感測器、電子換向開關等。
永磁同步電動機具有結構簡單，體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數高等優點，主要用於要求響應快速、調速范圍寬、定位準確的高性能伺服傳動系統和直流電機的更新替代電機。
原理
通常所說的永磁同步電動機是正弦波永磁同步電動機，同一般同步電動機一樣，正弦波PMSM的定子繞組通常採用三相對稱的正弦分布繞組，或轉子採用特殊形狀的永磁體以確保氣隙磁密沿空間呈正弦分布。這樣，當電動機恆速運行時，定子三相繞組所感應的電勢則為正弦波，正弦波永磁同步電動機由此而得名。
正弦波PMSM是一種典型的機電一體化電機。它不僅包括電機本身，而且還涉及位置感測器、電力電子變流器以及驅動電路等。
內置式永磁同步電機無位置感測器（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量控制系統,通過將滑模觀測器和高頻電壓信號注入法相結合,在無位置感測器IPMSM閉環矢量控制方式下平穩啟動運行，並能在低速和高速運行場合獲得較准確的轉子位置觀察信息。

❹ 永磁式直流電機工作原理

永磁直流電機按照有無電刷可分為永磁無刷直流電機和永磁有刷直流電機。永磁直流電機是用永磁體建立磁場的一種直流電機。永磁直流電機廣泛應用於各種攜帶型的電子設備或器具中，如錄音機、VCD機、電唱機、電動按摩器及各種玩具，也廣泛應用於汽車、摩托車、干手器、電動自行車、蓄電池車、船舶、航空、機械等行業，在一些高精尖產品中也有廣泛應用，如錄像機、復印機、照相機、手機、精密機床、銀行點鈔機、捆鈔機等。

有刷電機的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過電刷和換向器進入電樞繞組，產生電樞電流，電樞電流產生的磁場與主磁場相互作用產生電磁轉矩，使電機旋轉帶動負載。由於電刷和換向器的存在，有刷電機的結構復雜，可靠性差，故障多，維護工作量大，壽命短，換向火花易產生電磁干擾。

有刷直流電機的工作原理圖如圖所示。在有刷直流電機的固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉動部分有環形鐵芯和繞在環形鐵芯上的繞組。

圖所示的兩極有刷直流電機的固定部分(定子)上裝設了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉部分(轉子)上裝設電樞鐵芯。定子與轉子之間有一氣隙。在電樞鐵芯上放置了由A和X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

❺ 簡述永磁式直流電動機的工作原理

永磁直流微型電動機是靠轉子換向器不斷地改變接入轉子電樞的電流極性!從而產生極性不斷變化的磁極,轉子便在定子永磁體的作用下由推斥而旋轉!

❻ 永磁式電動機的工作原理

永磁同步電機的工作原理如下：
首先永磁同步電機要建立主磁場，勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場;然後採用三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體;在原動機拖動轉子旋轉的情況下，極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉並順次切割定子各相繞組，因此電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。由於電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。
對於轉子直流勵磁的同步電動機，若採用永磁體取代其轉子直流繞組則相應的同步電動機就成為永磁同步電動機。
永磁同步電動機的組成部分：定子、永久磁鋼轉子、位置感測器、電子換向開關等。
永磁同步電動機具有結構簡單，體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數高等優點，主要用於要求響應快速、調速范圍寬、定位準確的高性能伺服傳動系統和直流電機的更新替代電機。
原理
通常所說的永磁同步電動機是正弦波永磁同步電動機，同一般同步電動機一樣，正弦波PMSM的定子繞組通常採用三相對稱的正弦分布繞組，或轉子採用特殊形狀的永磁體以確保氣隙磁密沿空間呈正弦分布。這樣，當電動機恆速運行時，定子三相繞組所感應的電勢則為正弦波，正弦波永磁同步電動機由此而得名。
正弦波PMSM是一種典型的機電一體化電機。它不僅包括電機本身，而且還涉及位置感測器、電力電子變流器以及驅動電路等。
內置式永磁同步電機無位置感測器（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量控制系統,通過將滑模觀測器和高頻電壓信號注入法相結合,在無位置感測器IPMSM閉環矢量控制方式下平穩啟動運行，並能在低速和高速運行場合獲得較准確的轉子位置觀察信息。http://emotor.big-bit.com/

❼ 永磁同步電機的工作原理

同步發電機為了實現能量的轉換，需要有一個直流磁場而產生這個磁場的直流電流，稱為發電機的勵磁電流。根據勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發電機，稱為他勵發電機，從發電機本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發電機。

優點：永磁同步電動機具有結構簡單，體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數高等優點，主要用於要求響應快速、調速范圍寬、定位準確的高性能伺服傳動系統和直流電機的更新替代電機。

缺點：最大轉矩受永磁體去磁約束，抗震能力差，高轉速受限制，功率較小，電機結構復雜,成本高和起動困難。

(7)永磁式電動機自動復位裝置原理擴展閱讀

永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機，永磁體作為轉子產生旋轉磁場，三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應，感應三相對稱電流。

此時轉子動能轉化為電能，永磁同步電機作發電機(generator)用；此外，當定子側通入三相對稱電流，由於三相定子在空間位置上相差120，所以三相定子電流在空間中產生旋轉磁場，轉子旋轉磁場中受到電磁力作用運動，此時電能轉化為動能，永磁同步電機作電動機(motor)用。

❽ 永磁同步電機工作原理是什麼

永磁同步電機由兩個關鍵部件組成，即一個多極化永磁轉子和帶有適當設計繞組的定子。在操作過程中，旋轉的多極化永磁轉子在轉子與定子的氣隙形成一個隨時間變化的磁通。這個通量在定子繞組端子上產生交流電壓，從而形成用於發電的基礎。

在此處所討論的永磁同步電機使用一個安裝在鐵磁芯上的環形永磁鐵。內部永磁同步電機不在這里考慮。因磁鐵嵌入到一個電鍍的鐵磁芯內是非常困難的，通過使用適當厚度的磁鐵（500μm）以及在轉子和定子鐵芯的高性能磁材料，氣隙可以做得非常大（300~500μm）而沒有明顯的性能損失，這使得定子繞組在氣隙中占據一定的空間，從而大大簡化了永磁同步電動機的製造。

永磁同步電機矢量控制技術

矢量控制技術誕生於上世紀 70 年代初，永磁同步電機的矢量控制系統是參照直流電機的控制策略，利用坐標變換將採集到的電機三相定子電流、磁鏈等矢量按照轉子磁鏈這一旋轉矢量的方向分解成兩個分量，一個沿著轉子磁鏈方向，稱為直軸勵磁電流；另一個正交於轉子磁鏈方向，稱為交軸轉矩電流。

根據不同的控制目標調節勵磁電流和轉矩電流，進而實現對速度和轉矩的精確控制，使控制系統獲得良好的穩態和動態響應特性。

❾ 永磁同步電機工作原理

在電動運行時，在永磁同步電機的定子三相繞組中通入三相交流電，會產生一個幅值恆定的旋轉磁動勢，該磁動勢會產生旋轉磁場，其與轉子上永磁體產生的主磁場相互作用，在氣隙中形成一個合成磁場，稱為氣隙磁場，氣隙磁場與轉子磁場相互作用，產生推動電機旋轉的電磁轉矩，帶動轉子旋轉，最終使轉子的旋轉速度與旋轉磁場的速度一致。在發電運行時，發動機帶動轉子旋轉，由於轉子磁場隨著轉速不同其大小和位置也會發生變化，故在定子繞組中會產生與其轉速頻率一致的三相感應電動勢和運動電動勢。
根據氣隙磁場與轉子磁場的位置關系，可區分電機不同的運行狀態，當氣隙磁場滯後於轉子主磁場時，產生的電磁轉矩與轉子旋轉方向相反，這時電機處於發電狀態；相反，當氣隙合成磁場超前於轉子主磁場時，產生的電磁轉矩與轉子旋轉方向相同，這時電機處於電動狀態。

❿ 永磁式步進電機的工作原理

永磁式步進電機的特點，是一般為兩相，轉矩和體積較小。步進角一般為7.5°或15°。電機里有轉子和定子兩部分：可以是定子是線圈，轉子是永磁鐵；也可以是定子是永磁鐵，轉子是線圈。它的工作原理如下：
比如當電機的轉子為永磁體，電流流過定子繞組時，定子繞組會產生一矢量磁場。磁場就會帶動轉子旋轉一個角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比。若改變繞組通電的順序，電機就會反轉。因此可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。
永磁式步進電機由於具有機構簡單，低噪音，轉速可調的特性。它廣泛地應用於銀行辦公設備、電信設備、列印機、復印機、傳真機、掃描儀、紡織機械、醫療、自動控制、樓宇自控閥門以及舞台燈光，監控系統，電動廣告，電動窗簾，科教儀器，空調等領域。