专题五十五 微型同步电机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题五十五 微型同步电机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.掌握永磁式、反应式、磁滞式微型同步电机的基本结构与分类。

2.理解三类微型同步电机的工作原理及启动方式。

3.掌握三类微型同步电机的特点及典型用途。

4.能根据具体设备或场景，判断其中微型同步电机的类型，并简要分析选择该类型电机的原因。

二、知识点梳理

一、永磁式微型同步电机

1.基本结构

永磁式同步电机可分为异步启动式、磁滞启动式和爪极自启动式三种结构。

(1)              异步启动式永磁同步电机异步启动式永磁同步电机的外观结构和异步电动机相似其定子铁心上嵌放三相或单相绕组。转子除永磁体磁极外,还有铜条或铸铝的笼型绕组,作用是供异步启动和同步运行时作阻尼绕组用。异步启动式永磁同步电机转子结构如图8-42所示。通常包括星形转子和并联磁路转子两类。图8-42(a)所示为星形转子,其极靴成圆环形的内侧开有缺口,极靴上有笼型绕组。星形转子采用剩磁较高的铝镍钻永磁材料。图8-42(b)所示为两极并联磁路转子,因永磁体很薄,因而面积很大,其转轴中间部分做成1字形,它适用于铁氧体永磁材料。图8-42(c)所示为笼型转子轴向安装的永磁同步电机转子,这种转子可缩小电机外径。

(2)              磁滞启动式永磁同步电机磁滞启动永磁同步电机转子结构如图8-43所示。它的定子铁心槽中设置单相或三相绕组,转子上没有绕组,在永磁体外层用剩磁较大而矫顽力较小的硬磁材料制作的有效层磁滞环。其中,图(a)为径向式,图(b)为轴向式。

(3)              爪极自启动永磁同步电机自启动永磁同步电机定子一般制成带环形绕组的爪极,(罩极)转子为永磁体制成的圆环,径向充磁呈多个磁极。这种电动机没有笼型绕组,也没有磁滞环，不能产生异步转矩或磁滞转矩,启动和牵人同步都靠同步转矩。这种电动机极数很多,可达到16~48极,所以同步转速低,尺寸很小,转子惯性矩很小,在同步转矩的作用下转子很快升速而牵入同步，如图所示为自启动永磁同步电机典型结构,其中,图(a)为罩极式,图(b)为非罩极式。

2.工作原理

永磁式同步电机虽然有三种不同的结构形式,但是其基本原理是相同的。主要是由定子绕组产生旋转磁场,转子的主体由永久磁钢制成,这和大型同步电机的原理是相同的。所不同的是启动装置有所区别,但工作原

理与大型同步电机也是相同的。如异步启动原理与大型同步电机相同,罩极式同步电机与单相罩极式异步电机道理是相同的。磁滞环启动式电机的启动原理是:当定子通以交流电形成旋转磁场时,被磁化的转子磁滞环,由于磁滞作用,它的磁场仍保持落后位置,与定子旋转磁场之间存在磁滞角。它们之间产生切向磁拉力,形成磁滞转矩,在其作用下,电机转子朝着定子磁场转动的方向转动。电动机借助磁滞转矩启动。当电动机转速接近同步转速时,转子磁场与旋转磁场近于相对静止状态，转子已近于恒定磁化,与转子内部永久磁铁成为一体,被牵入同步运行。这时磁滞环启动电机就成为永磁式同步电机了。

3.特点与用途

永磁式同步电机的效率和功率因数都比较高,在同样体积下,其输出功率也较大。但永磁式同步电机除自动启动式外,没有启动能力,且不可在异步状态下运行。永磁同步电机广泛应用于恒速驱动装置，例如如,化学纤维工业的高精度同步驱动装置;由逆变器供电的变频调速装置,其功率为 0.4~750kW,供电频率为20~300Hz。

二、反应式微型同步电机

1. 基本结构

反应式同步纵电洖連机是利用转子的交轴和直轴对磁通的反应不同而产生转矩的电动机。这类电动机也称磁阻頏式同步电机。反应式同步电机通常由笼型异步电动机派生而来,它的定子结构与异步电动机基本相同。转子可由异步电动机转子铁心冲片加开反应槽而制成。笼型启动绕组多为铸铝材料。常见的转子结构有三种,如图8-45所示。为了进一步提高直轴和交轴的磁阻差,可采用图8-46所示的分层式转子铁心结构,图中画线部分为钢,其他部分为铝,两端有端环,形成特殊的笼型绕组。其中,图(a)为2极结构,图(b)为4极结构。

2.工作原理

反应式微型同步电机小功率时常做成单相的,功率稍大时也有三相的。现以单相反应式同步电机为例,说明其工作原理。图8-47所示为单相反应式同步电机工作原理。定子铁心用硅钢片冲制叠压而成,磁极各有一个裂口,在对角的半个磁极铁心上各套一只短路环,如同单相罩极异步电动机的定子铁心。定子铁心上装有励磁线圈。转子用硬磁材料做成凸极式,一经磁化便产生固定的磁极。当定子绕组通人交流电时,由于短路环的电磁感应作用,像罩极异步电动机的定子铁心样,在电机的气隙中产生旋转磁场。定子旋转磁场的形成如图8-47所示。从图中可知,电流变化一周,定子磁场旋转一周。转子在磁场中被磁化,形成磁性固定不变的磁极。由于磁极的相互作用,转子被定子磁场吸引,由于定子磁场在旋转,转子也就跟随定子磁场以同步转速旋转。