永磁直流电机

1、Permanent Magnet DC Motor 永磁直流电机永磁直流电机机自机自09-5班班 第一组第一组永磁直流电机永磁直流电机l概述概述l永磁直流电机的机械特性和调速特性永磁直流电机的机械特性和调速特性lSimulink实例分析实例分析l永磁直流电机的应用与发展永磁直流电机的应用与发展一一.概述概述永磁直流电机是用永磁体建立磁场，实现永磁直流电机是用永磁体建立磁场，实现直流电能直流电能转换为转换为机械旋转机械旋转的一种直流电机的一种直流电机永磁直流电机与传统他励直流电机特性类似永磁直流电机与传统他励直流电机特性类似永磁体取代其定子上的励磁系统永磁体取代其定子上的励磁系统结构简单、体积小

2、结构简单、体积小广泛用于家电、办公设备、电动工具医疗等领域广泛用于家电、办公设备、电动工具医疗等领域1.基本结构基本结构直流电机直流电机定子定子机壳机壳磁钢磁钢机械支撑部分机械支撑部分转子转子转子冲片转子冲片/绝缘绝缘漆包线漆包线换向器换向器机械支撑部分机械支撑部分轴承轴承磁钢支架磁钢支架转轴转轴轴套轴套端盖端盖碳刷碳刷碳刷支架碳刷支架EMC组件组件机械支撑部分机械支撑部分端盖端盖轴承轴承1.基本结构基本结构-爆炸图爆炸图2.工作原理工作原理F=BlIB磁通密度磁通密度;L通电导体长度；通电导体长度；I 导体中电流；导体中电流；F方向方向左手定则左手定则.二二.永磁直流电机的机械特性永磁直流电

3、机的机械特性 机械特性曲线与机械特性曲线与纵轴的交点为电磁转纵轴的交点为电磁转矩等于零时电动机的矩等于零时电动机的理想空载转速理想空载转速 n0 (idle-no load) 机械特性曲线与机械特性曲线与横轴的交点为电机堵横轴的交点为电机堵转时转时(n=0)的转矩，即的转矩，即电动机的电动机的堵转矩堵转矩Tk(locked torque) eaKUn0aatkURKT 机械特性机械特性是指控制电压恒定时，电机的是指控制电压恒定时，电机的转速转速随随转矩转矩变化的关系变化的关系转速公式：转速公式：geiaeaTKKRKUn三三.永磁直流电机调速特性永磁直流电机调速特性l电枢回路串电阻调速电枢回路

4、串电阻调速l调压调速调压调速l弱磁调速弱磁调速geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn由转速公式：由转速公式：可知，有三种调速方式：可知，有三种调速方式：三三.永磁直流电机调速特性永磁直流电机调速特性工作条件：工作条件： 保持励磁，电压不变保持励磁，电压不变 ；调节过程：调节过程： 增加电阻增加电阻 Ra R R n ，n0不变；不变；调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲线变软转速下降，机械特性曲线变软。1.电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn三三.永磁直流电机调速永磁直流电机调速工作条件：工作条件： 保持励磁，保持电阻保持励磁，保持电阻 不变

5、不变调节过程：调节过程： 改变电压改变电压 Ua U U n ， n0 调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲线平行下移。转速下降，机械特性曲线平行下移。2.调压调速调压调速geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn三三.永磁直流电机调速永磁直流电机调速弱磁调速：弱磁调速：l永磁电机永磁体不容易调磁，一般不采用永磁电机永磁体不容易调磁，一般不采用l混合励磁混合励磁四四. 永磁直流电机的主要特点永磁直流电机的主要特点l永磁电机不需要直流励磁电源。可以减少电源的耗电永磁电机不需要直流励磁电源。可以减少电源的耗电量，具有重要的经济价值量，具有重要的经济价值l永磁电机没有励磁绕组，节省电机的用铜量

6、，减少电永磁电机没有励磁绕组，节省电机的用铜量，减少电气铜耗。特别是在微型和小容量范围内，电机的重量，气铜耗。特别是在微型和小容量范围内，电机的重量，体积，效率和成本都得到改善体积，效率和成本都得到改善l永磁电机中永磁材料的磁场是恒定的，因此永磁电机永磁电机中永磁材料的磁场是恒定的，因此永磁电机电压调整率差，调速也一般通过改变电枢电压电压调整率差，调速也一般通过改变电枢电压/电流来电流来实现实现l受材料限制，永磁电机以微型和小容量为主受材料限制，永磁电机以微型和小容量为主五五.永磁直流电机的永磁直流电机的simulink仿真仿真在在0.1s时时施加堵转矩施加堵转矩该模型是验证该模型是验证Fau

7、lhaber 0615系列微型直系列微型直 流电机的特性参数：空载转速流电机的特性参数：空载转速= 19100 rpm 空载电流空载电流= 0.03 A，堵转矩，堵转矩= 0.24 mNm。 DC Motor电路参数为：电路参数为：转子电阻转子电阻 R= 3.9 Ohms，转子电感转子电感 L= 12mH电势常数电势常数 K= 0.072mV/rpm，转子惯量转子惯量 J= 0.01gcm2摩擦力矩摩擦力矩 Mr= 0.02mNm。 ？如何验证堵转矩的大小？如何验证堵转矩的大小l对于微型直流电机我们可以忽略空载转矩和克对于微型直流电机我们可以忽略空载转矩和克服惯性的加速转矩。则电磁转矩可以近似

8、等于服惯性的加速转矩。则电磁转矩可以近似等于负载转矩。因为当电机转速为零时的电磁转矩负载转矩。因为当电机转速为零时的电磁转矩为堵转矩，所以当微型直流电机转速为零时的为堵转矩，所以当微型直流电机转速为零时的负载转矩可近似看成堵转矩。负载转矩可近似看成堵转矩。五五.永磁直流电机仿真结果永磁直流电机仿真结果电机电流曲线电机电流曲线电机转速曲线电机转速曲线)(dtdJTTKKRKUCIRUnlfeiaeaeaaa五五.修改模型修改模型l1.改变供给电压。改变供给电压。l2.改变电机的负载改变电机的负载。1. 改变电机供给电压改变电机供给电压l将电压降低为将电压降低为1.25V1. 改变电机供给电压改变

9、电机供给电压电机电流曲线电机电流曲线电机转速曲线电机转速曲线geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn1. 改变电机供给电压改变电机供给电压l降低负载，将降低负载，将Final aule值改值改为为-2e-31. 改变电机供给电压改变电机供给电压电机电流曲线电机电流曲线电机转速曲线电机转速曲线geiaeaeaaaTKKRKUCIRUn2. 改变电机外负载改变电机外负载l某些电机的负载转矩取决于电机的转速。某些电机的负载转矩取决于电机的转速。如电风扇的负载转矩为如电风扇的负载转矩为alpha*speed2 。alpha = -1e-10 Nm/(rad/s)2 l则只要将上述模型建立负载转矩与电机转速的则只要将上述模型建立负载转矩与电机转速的关系，可以得到电风扇的仿真模型。关系，可以得到电风扇的仿真模型。PS Gain的值取为的值取为-1e-10电风扇的电风扇的Simulink仿真模型仿真模型3. 改变电机外负载改变电机外负载电机电流曲线电机电流曲线电机转速曲线电机转速曲线)(dtdJTTKKRKUCIRUnlfeiaeaeaaa六六. 永磁直流电机的应用和发展永磁直流电机的应用和发展l永磁直流电机没有励磁绕组，体积小，重量轻，永磁直流电机