永磁同步電機(jī)——帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)

從性能上看，永磁直流電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。由于永磁體的高矯頑力，電樞反應(yīng)對(duì)磁通的影響很小。如前所述，永磁直流電動(dòng)機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但在相同起動(dòng)電流下，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)小，為適應(yīng)某些應(yīng)用場(chǎng)合的大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求，需適當(dāng)增大其功率，使永磁體用量增加，電機(jī)重量也相應(yīng)增加。本節(jié)介紹的帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)不僅保留了永磁直流電動(dòng)機(jī)所具有的許多優(yōu)點(diǎn)，而且還有一定的串勵(lì)作用，每極磁通隨電樞電流的增大而增大，具有復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的特性。

一、帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)如圖6一5 ( b）所示。它與普通結(jié)構(gòu)永磁直流電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于：其每個(gè)磁極都由主極和輔助極兩部分組成，輔助極由高導(dǎo)磁材料制成，主極由永磁材料制成，相對(duì)于電樞旋轉(zhuǎn)方向，輔助極在前、主極在后，電樞只能單向旋轉(zhuǎn)。空載時(shí)，電樞反應(yīng)很小，氣隙磁通主要由主極提供，由于主極極弧系數(shù)較普通結(jié)構(gòu)永磁直流電動(dòng)機(jī)小，故空載氣隙磁通小、空載轉(zhuǎn)速高。負(fù)載時(shí)，輔助極下的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，方向與主極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，對(duì)氣隙磁場(chǎng)起助磁作用，其作用相當(dāng)于串勵(lì)繞組。磁路不飽和時(shí)，這部分磁通與電樞電流成正比；主極下的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)影響較小，故負(fù)載氣隙磁通隨電樞電流增大而增大。

二、帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)

由于永磁材料的高矯頑力，主極下磁通隨負(fù)載電流增大而略微減小。輔助極下氣隙很小，電樞反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較大的磁通，且隨電流增大而增大。因此每極氣隙磁通可近似表示為。若考慮鐵磁材料飽和，則如不再是一常數(shù)，而是隨氣隙磁通的增大而有所減小。對(duì)于普通結(jié)構(gòu)永磁直流電動(dòng)機(jī)，若電刷在幾何中性線上且忽略鐵磁材料飽和，則氣隙磁通不隨電流變化，即若在設(shè)計(jì)時(shí)使二者在額定功率點(diǎn)的氣隙磁通相同，則前者的空載氣隙磁通比后者小、起動(dòng)時(shí)氣隙磁通比后者的大，如圖6一21所示，其中曲線1 、 2分別為帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)和普通永磁直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁通隨電樞電流的變化規(guī)律。確定了氣隙磁通，便可以方便地計(jì)算電機(jī)的性能。圖6一22為兩種電動(dòng)機(jī)的性能比較，其中實(shí)線對(duì)應(yīng)帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)，虛線對(duì)應(yīng)普通永磁直流電動(dòng)機(jī)。

可以看出，帶輔助極永磁直流電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：

( 1）具有與復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相近的特性，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、空載轉(zhuǎn)速高。

( 2）永磁材料用量少。

( 3）與普通永磁直流電動(dòng)機(jī)相比，工藝復(fù)雜性略微增加。普通用途永磁直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流通常不大，電樞反應(yīng)助磁作用不明顯，不宜采用該結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)適合于電樞反應(yīng)強(qiáng)烈的電機(jī)，如起動(dòng)機(jī)等。

三、實(shí)際應(yīng)用

參考文獻(xiàn)「 2 〕開(kāi)發(fā)了兩臺(tái)永磁起動(dòng)機(jī)，分別采用普通結(jié)構(gòu)和帶輔助極結(jié)構(gòu)，兩者的區(qū)別在于磁極，其他結(jié)構(gòu)尺寸都相同，在最大功率點(diǎn)的性能基本相同。表6一1 、表6一2分別為普通結(jié)構(gòu)和帶輔助極結(jié)構(gòu)的性能對(duì)比。兩種電機(jī)的最大功率點(diǎn)性能基本不變，但帶輔助極結(jié)構(gòu)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高了44 . 5 %，空載轉(zhuǎn)速提高了28 . 5 %，永磁材料成本降低了34 . 8％。