永磁直流电动机

永磁直流电动机（精选十篇）

永磁直流电动机 篇1

为了更全面的考虑电机非线性及结构的复杂性, 本文首先采用场路耦合的方法计算电机的二维电磁场, 只有在准确电机电磁场的基础上, 才能准确计算电机的各种损耗, 进而求解此时电机三维温度分布。

1 堵转时的电磁场分布

1.1 场路耦合分析

本文采用场路耦合法。电机的直线部分和端部分开研究。在永磁电机等效电路中阻抗不改变的前提下, 来模拟电机端部的影响。同时, 为了计及谐波的影响, 采用电感模拟定子谐波漏抗。

其中定子线圈端部相电阻计算公式为[2]:

其中, 籽W-导线电阻率, N-每相串联匝数, lc-线圈半匝平均长度, Nt-导线并绕根数, A'c-每根导线截面积, a-定子相绕组并联支路数。

定子线圈端部漏抗及谐波漏抗等效电感的计算公式为:

式中, Xd和Xe分别是定子端部漏抗及谐波漏抗, 棕是电机角速度。

为了简化分析, 在电磁场求解过程中, 假设:

(1) 电磁场是似稳场。 (2) 材料为各向同性, 忽略铁磁材料的磁滞效应。 (3) 忽略电导率滓和磁导率滋的温度效应, 仅为空间函数。 (4) 电磁场为二维分布。 (5) 永磁材料用等效面电流模拟。 (6) 场区中各场量随时间按正弦变化

其表达式为

式中:Ω-求解区域;祝1-电机定子外圆和转子内圆边界;祝2-永磁体边界;Js-永磁体边界等效面电流密度;A-磁矢量;滋-磁导率;Jz-外加轴向电流密度;-滓dA/dt-涡流密度。

通过采用有限元法求解。图1单个定子内外绕组电流自由度和电动势自由度耦合图, 图2为电机的场路耦合模型。

1.2 仿真结果与分析

通过公式法计算的结果可以看出, 端部电阻为0.40425Ω, 端部电感为0.049135H。本文仿真低速大转矩电机的主要参数为:额定功率5kW, 额定电压220V, 定子槽数48, 极数10, 定子铁心长度225mm。利用Ansys软件对所建场路耦合模型进行模拟分析, 得出电机在堵转和负载时的磁力线分布图。

图3和图4分别为负载和堵转运行时的磁力线分布图。

由图3、图4可以看出, 电机负载运行时磁力线分布规律, 磁力线垂直通过气隙, 当堵转运行时磁力线扭曲相当严重。这种现象产生的主要原因是电机绕组电流过大, 导致铁心饱和严重, 磁力线发生扭曲变形。

由于堵转时电机定子电流比额定电流大很多。只有在准确电磁场的情况下, 才能进一步准确分析出电机的损耗分布。

2 结束语

本文运用传热学知识, 通过电机在堵转状态时的特性, 运用ANSYS软件对低速大转矩电动机的定、转子整体进行电磁场分析, 全面细致的了解电机故障堵转时电磁场分布状况。从电机定、转子电磁场可以看出, 由于堵转时电机的定子电流不断上升, 电机磁通密度饱和不断加深。这说明所建立的模型和使用方法是正确可行的。

参考文献

[1]王延觉, 杨凯.低速大转矩直接驱动电动机研究与应用进展.微特电机, 2007 (5) :46-49.

[2]夏正泽, 刘慧娟.基于场路耦合法德异步牵引电机电磁场分析.微电机, 2009, 3 (42) :21-23.

[3]Hannalla A Y, Macdonald D C.Numerical analysis of transient field problems in electrical machines.Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, 1976, 123 (9) :893-898.

[4]付敏, 孔祥春.水轮发电机定子三维温度场的有限元计算.电机与控制学报, 2000 (4) , 193-197.

直流电动机能耗制动 篇2

实验目的：

他励直流电动机的制动有三种，能耗制动、反接制动和回馈制动。实验设备及器件：

计算机，一台（MATLAB）。实验内容：

建立仿真模型；通过图形验证。实验要求：

能够正确使用simulink建立仿真模型，并观察分析图形。1.直流电动机能耗制动仿真模型图

图中的模块有电路改变连接控制模块（Vary Connect）和仿真停止控制模块。仿真停止控制模块包括逻辑比较模块（Relation operator）和仿真停止模块（Stop simulation），仿真停止控制部分实现了当转速小于零时将仿真停止的功能，无须等到仿真时间结束，这样使仿真结果符合实际（转速不为负）设计。其他模块包括：直流电动机、信号发生器(Timer)、增益、电阻（RLC branch）、示波器（scope）、信号分离模块（Demux）。

电路改变连接模块：

对其进行封装：调用子系统（subsystem），按上述图连接。然后右键点击edit Mask。如下图设置：

设置完成后；双击子模块出现

模块参数设置：

直流电机模块参数：

直流电源模块参数：

增益模块

无刷直流方波电动机的双闭环控制 篇3

关键词:调速系统;逆变器;无刷直流电动机; 双闭环控制

中图分类号:TM33文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)08-0142-01

永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。在普遍的无刷直流电动机的计划里,时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的,但是驱动环节的曲线是相差120度的。巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则,它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。

方波电动机来自于它的方波控制,主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景,特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。

1方波永磁电动机驱动系统

方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成:转换器,逻辑控制环节(包括速度调节器,时间调节器,和能量逻辑转换控制单元),详述如下:

1.1方波永磁电动机

带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。电机额定电流和机械数据是:200v额定电压 ,18A的额定电流,3.0k的额定功率,1500转每秒的额定转速,0.0388kg/cm2。

1.2IGBT 变换器

一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的,其结果是他们中和了各种高介的性能。变换器被六个IGBT支配着,没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。

1.3能量转换控制逻辑

位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。为了这样做,三个位置反馈信号,来源于PT,他们是在PSP环节被加工的,他们也受六个控制逻辑信号的控制来开/关IGBT、在IGBT变换器里。在BLDCM的控制分布里有两个IGBT工作在PWM的模式里,并且两个IGBT应该依靠于这样的逻辑控制信号。虽然直流能量的频率被变换器的供给,依据这样的关系为IGBT提供信号的PWM信号是来源于三角波和触发控制信号Ui越大,U也就越大,所以BLDCM的速度也就越大。

1.4电流控制

当前的环节可以在执行器中得到很好的应用。一般的来说直流驱动系统需要最后的两个环节,所以当前的控制结构更多的应用并且完成于交流驱动中以便于简单的控制结构。如果BLDCM工作于联合单元里,仅仅的两个阶段就可以分析出在任何情况下的环节。其中的一个阶段已经到交流系统的连接,输入和输出就是开/关的决定的展示,IGBT的T1,T2和T3在变换器里。在 BLDCM 中, 恒定转矩主要是由基波磁链和基波电流相互作用后产生的, 更高次的同次谐波间产生的恒定转矩可以忽略不计, 不同次谐波磁链和电流间不产生脉动转矩。但在实际电机中, 输入定子绕组的电流不可能是矩形波, 因为电动机的电感限制了电流的变化率。反电动势与理想波形的偏差越大, 引起的转矩脉动越大。

1.5速度控制

速度控制的动力系统是由SR,PEE, SSP 和其他环节组成的。PEE,来自于每秒5000的旋转,它被用于速度的检测。变结构控制由于具有响应速度快、对控制对象参数变化及外部扰动不灵敏、物理实现简单等优点,BLDCM 位置伺服方式下的运行大都采用变结构控制。变结构控制的开关模式即可由系统的传递函数导出, 也可根据系统的最大速度、最大加速度等系统参数来设计, 都会使系统的位置控制达到较好的效果。吴忠等分析了BLDCM交流伺服系统的开环模型, 利用时间最优控制的思想, 设计了变结构控制器, 并给出了开关模式。他们把其理论应用于由IGBT-PWM逆变器、115ST-CMG02A 型无刷直流伺服电机、80C196KB单片机实现的控制器以及接口电路组成的实验系统, 实验结果表明在3600°给定下, 系统的定位精度较高。

2结论

此篇论文描述了操作原理和一种新型高等操作的方波永磁无刷电动机的硬件结构,主要结论如下:①永磁方波无刷直流电动机应用在小转矩和高速操作时是种良好的选择。②永磁方波无刷直流电动机的控制方案类似于交流电动机的情况。

参考文献:

[1] 尤释.无刷直流电动机的控制[J].雷达与对抗,1989,(3).

永磁电动机功率因数与能耗关系研究 篇4

1 永磁电动机功率因数现状

2013年上半年, 对全厂永磁电动机开展功率因数大调查, 现场共测试281口抽油机井, 统计分析251口井, 平均功率因数仅为0.52, 处于较低的水平 (表1) 。

从历年节能监测中心监测和该厂功率因数调查数据 (表2) 看, 永磁电动机的功率因数逐年下降, 由2011年的0.66下降至目前的0.52。同时, 功率因数低于0.5的电动机比例在不断增加, 由2011年的28.6%上升至目前的50.2%。

2 永磁电动机功率因数与能耗关系

在交流电路中, 电压与电流之间的相位差ϕ的余弦叫功率因数, 用符号cosϕ表示;在数值上等于有功功率P和视在功率S的比值, 即cosϕ=P/S。

功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度, 只有把无功功率降到最小, 才能将视在功率更多地用来供给有功功率。

2012年未, 进行了2台功率因数不同的相同额定功率永磁电动机现场互换试验, 结果表明功率因数低于0.6电动机的单井能耗高于功率因数0.9的电动机, 尤其是无功功率。

从互换前后的测试结果来看, 电动机A在升36-36井的功率因数为0.53, 换装到升37-15井后为0.4;电动机B在升37-15井的功率因数为0.95, 在升36-36井的功率因数为0.92 (表3) 。

同时, 对2台功率因数较低的永磁电动机进行了换磁缸试验, 换完磁缸后功率因数明显提高, 综合节电率为6%左右 (表4) 。

通过以上分析表明, 永磁电动机的功率因数与能耗有关系, 功率因数越高, 能耗越低, 永磁电动机的节能效果越好。

3 永磁电动机功率因数的影响因素分析

普通异步电动机的功率因数主要与负载率、电压和电动机本身特性有关, 而永磁电动机则不同。与异步电动机相比, 负载率的变化对永磁电动机的功率因数影响不大。因此, 永磁电动机的功率因数主要与电压和电动机本身特性有关。

3.1 供电电压与功率因数的关系

每台永磁电动机都存在一个临界反电势, 当工作电压高于电动机的临界反电势时, 永磁电动机呈感性负载运行, 功率因数小于0.9。只有当工作电压小于或等于临界反电势 (偏差范围在2.5%以内) 时, 永磁电动机的功率因数最高。

目前该厂在用永磁电动机的额定电压即为临界反电势, 也就是相电压在220 V或380 V附近时功率因数最高, 电动机处于最佳运行状态。

从现场测试数据看, 该厂大部分永磁电动机的实测电压高于额定电压, 当电压超过额定电压的5% (即230 V或400 V) 时, 功率因数较低。

为进一步确定电压变化对永磁电动机功率因数的影响, 现场选择6口井进行了调电压试验 (表5) 。

从图1至图4可以看出, 随着实测电压的增加, 功率因数呈下降趋势, 尤其是当电压超过230 V时, 功率因数都低于0.5。

3.2 电动机本身特性与功率因数的关系

电动机本身特性主要是指永磁体本身性能, 而永磁体退磁在永磁电动机中是普遍现象, 高温、振动、过载都可能产生退磁, 导致功率因数下降。

永磁电动机从最初设计到生产制造都是一个精密复杂的过程, 尤其是永磁体的筛选, 必须要求设备先进、检验装置齐全、工艺过程全部真空化, 否则, 很难保证永磁体性能参数长期高效。例如, 在设计时若单纯考虑启动转矩, 未考虑牵入转矩, 启动后可能因牵入转矩小而不能及时达到同步, 会剧烈振动, 造成关键部件的损害, 如磁钢发生不可逆退磁。

同时, 在现场应用过程中, 永磁电动机在启动、刹车、故障以及长期在过压下运行时会出现电流激增, 导致电动机发热现象严重, 造成永磁体发生退磁。

前文所述的电动机互换试验及换磁缸试验, 说明了该厂部分永磁电动机存在退磁现象, 导致功率因数下降。

综合上述分析, 对功率因数低于0.5且实测电压不超过额定电压5%的永磁电动机, 可认为其功率因数低的原因是永磁体退磁, 在目前统计分析的251口抽油机井中共有48口。

4 结论与认识

1) 永磁电动机的功率因数与能耗有关系, 功率因数越高越好, 目前部分在用永磁电动机功率因数水平较低, 无法充分发挥其节能优势。

2) 全厂大部分永磁电动机的实测电压高于其额定电压, 随着电压的增大, 功率因数呈下降趋势, 特别是当实测电压超过额定电压的5%时, 功率因数较低。

3) 永磁体退磁会导致功率因数下降, 建议对48口井功率因数低于0.5且实测电压不超过额定工作电压5%的永磁电动机进行充磁治理。

摘要：随着外围油田的不断开发, 受单井产量的制约, 机采井的能耗问题日益突出, 对油田的高效开发产生了重要影响。针对老式电动机存在功率利用率低、机采能耗增加的问题, 采用永磁电动机降低抽油机井能耗, 取得了较好效果。通过对永磁电动机的应用效果进行跟踪, 分析电动机功率因数与能耗之接的关系, 从而提高节能电动机的效果。

关键词：机采井,永磁电动机,功率因数,能耗

参考文献

[1]陈涛平, 胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工业出版社, 2002 (2) :220-236.

《安装直流电动机模型》教学设计 篇5

四、安装直流电动机模型

（一）教学目标

1．学会安装直流电动机模型。2．进一步认识换向器的作用。

3．会画直流电动机模型的电路图，会按电路图连接电路。

（二）实验器材

电动机模型（散件），变阻器，电源（干电池若干），开关，自制电动玩具。

（三）教学过程 1．复习

问：上一节课我们学习了直流电动机原理。要使直流电动机中的线圈持续转动下去，需要一个什么重要的构件？它在其中起何作用？（换向器；线圈转过平衡位置时改变线圈中电流的方向，使线圈持续转动下去。）2．引入新课

直流电动机中换向器是否真正起到这个作用呢？怎样使直流电动机中线圈转动的快慢和方向发生变化？今天我们在实验里就从学装直流电动机模型中来研究这些问题。

板书：〈实验：安装直流电动机模型〉 3．进行新课

(1)演示：安装直流电动机模型 出示电动机模型（散件）并作简介。

问：怎样把这些散件组装成一台直流电动机模型呢？

边演示，边强调指出：①直流电动机模型的安装顺序是从内到外，从下到上的。板书：〈直流电动机模型安装顺序：支架→线圈转子→电刷→定子（磁极）②安装时电刷与换向器之间的松紧、线圈转子与定子之间的间隙要适中。③安装完毕后用手拨动一下转子，观察运转是否处于良好状态，否则应加以调试。问：我们现在要使已安装完毕的电动机模型运转起来，想一想需要哪些器材？（电源、开关、导线）

进一步问：如果要使电动机转动快慢发生变化，还要什么器材？

/ 3 引导学生分析，通过改变电路中电流或电压，则应串联变阻器。(2)直流电动机模型的电路 板书：〈电动机的电路图〉

请学生按实验小组分组进行画直流电动机电路图比赛。教师巡视、辅导。然后请各小组同学同时开始安装直流电动机模型，按画好的电路图连接电路。经检查电路无误后，请同学将滑动变阻器移至最大值处，合上开关，调节变阻器，让电动机正常运转起来。再请同学断开电路。(3)直流电动机的转动方向与转速

问：同学们回忆一下，通电导体在磁场中受力方向（转动方向）与哪些因素有关？（电流方向、磁感线方向）现在要使电动机模型中的线圈转动方向发生改变，应该怎么办？引导学生得出：将电源两极对调或将磁铁的两极对调。

请同学观察：对调电源两极前后电动机线圈转动方向是否改变；对调磁铁的两极前后电动机线圈转动方向是否改变；移动滑动变阻器滑片，电动机线圈的转速随电流大小怎样变化。

要求学生观察时作记录。教师巡回检查、辅导。实验完毕后，师生共同总结。板书：

〈改变转动方向的方法： 对调电源两极； 对调磁铁的两极。

改变转速的方法：改变线圈中电流的大小。〉 4．小结（略）5．布置作业

(1)出示教师自制的直流电动小玩具，简单叙述制作方法，并演示。鼓励学生课后完成。

(2)写好本节实验报告。

（四）说明

l．直流电动机模型型号不一，注意选用合适的电源。

2．根据学生具体情况，也可在黑板上画出直流电动机模型的电路图。

/ 3 3．实验报告参考样式 实验报告

姓名

班级

日期

实验名称：安装直流电动机模型 实验目的：

1．安装直流电动机模型。

2．研究直流电动机的转动方向和转速。

实验器材：直流电动机模型（散件），干电池组，滑动变阻器，开关，导线若干。实验步骤：

1．安装直流电动机模型。

2．画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关组成的串联电路图（图12—4）。3．按电路图连接电路。

4．经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。

5．按下表进行实验，结论填入表中。

电动汽车用永磁同步电机设计 篇6

关键词：电动汽车；永磁同步电机；永磁

1 电动汽车对驱动电机性能的要求

电动汽车运行工况多变复杂，因此对驱动电机的性能、尺寸都有相应的要求：①在电池电量一定的情况下行驶里程是电动汽车性能的关键因素，为了提高汽车的续航里程，要求电动机能耗低、效率高。②汽车在行驶中会走烂路低速行驶，也会走高速路高速行驶，会运行于多种不同工况之中，要求电机调速范围宽泛。③汽车在运行中会频繁起步、加速、制动减速、爬坡等，要求电机具有较大的启动转矩，在设计中可选取较大的过载系数。④为了增大汽车车内空间、便于电机布置同时减轻汽车重量，要求电机比功率较大、体积小、尽量采用较高的额定电压。

2 永磁同步电机总体设计

電动汽车用永磁同步电机总体设计首先需要确定电机的磁路结构，选用合理的计算方法确定电机各部件的尺寸参数，基本确定出电机的原型。

2.1 转子磁路结构选择 转子磁路结构对永磁同步电机的驱动性能产生很大影响，是电机设计阶段首先要考虑的问题。隔磁桥能有效控制磁漏系数的大小，因此合理设计隔磁桥很重要[1]。磁漏系数小电机的抗去磁能力减弱，磁漏系数大所需永磁体量就多。因此需要对电机的磁路结构进行合理设计以满足电动汽车对驱动电机的要求。

不同的磁路结构对电机的电感参数影响很大，主要根据永磁体布置与转子位置不同分为表面置式与内置式，如图1所示。由于永磁体内置式切向式永磁同步电机转矩输出能力比其他电机强、调速范围宽、结构紧凑、运行可靠。因此选用该种结构形式为本课题研究对象。

2.2 永磁体材料与尺寸选择 目前，永磁同步电机永磁体材料采用稀土材料钕铁硼[2]，它具有很高的矫顽力和磁能积，磁能积是普通铁氧永磁体的6倍以上。因此本电机转子永磁体用稀土材料钕铁硼NdFe35作为永磁体材料。磁通面积的大小由永磁体的宽度决定，永磁体的退磁由厚度决定[3]。

2.3 主要尺寸与电机负荷计算与选择 电动汽车在行驶中会受到来自地面的摩擦阻力、空气的风阻力，同时也会受到加速阻力、爬坡阻力。根据汽车行驶方程式

3 永磁同步电机参数与尺寸的确定

3.1 电机主要参数的确定 根据电动汽车已知参数，对电动汽车主要运行工况进行计算分析，根据公式（1）到（5），初步估算出电机的基本性能参数，如表1所示。

为了达到电机的性能指标要求，运用公式（6）、（7）计算出电机的外形尺寸、永磁体、定子槽型尺寸。所需参数见表2。

确定电机估算结果如表3。

4 小结

文章首先介绍电动汽车不同运行状况对电机的要求，根据要求来确定永磁同步电机的性能参数，以满足电动汽车的要求。根据目标参数综合分析比较后确定转子结构为内置切向式的永磁同步电机为本论文研究对象。通过计算初步确定永磁同步电机的基本尺寸、绕组类型、定子槽型等。最后通过解析计算得出永磁同步电机各参数初选数值。

参考文献：

[1]赵云，李叶松.永磁同步电机宽范围最大转矩控制[J].电工技术学报，2010，25（7）：45-50.

[2]代颖.电动车驱动用永磁同步电机的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2004.

[3]温有东.电动汽车用永磁同步电机的研究[D].哈尔滨工业大学，2012.

[4]程福秀，林金铭.现代电机设计[M].机械工业出版社，1993.

永磁直流电动机 篇7

锚机是舰船重要的甲板机械,它们可使舰船在狭窄航道或水流中辅助转向以及离靠码头时绞缆。负荷变化大是锚机电力拖动的主要特点,负荷的大小一方面取决于工作任务,如正常起锚、深水起锚及绞缆等;另一方面又与工作环境的自然条件如风力、水流、海底地质等情况有关。为了适应锚机的工作特点,锚机电动机及其电力拖动装置应满足下列要求[1]:

(1)锚机电动机应有足够的功率和过载能力以及启动转矩,以保证在较短的时间内完成起锚任务;

(2)由于起锚过程中的负载变化大,由P=(M×n)975可知,要使电动机的功率能得到充分利用,锚机电动机要求具有软的机械特性,即负载(M)小时,电动机的转速(n)要高,负载(M)大时,电动机的转速(n)要低;

(3)电动机能正反转并且允许在20min内连续多次启动,以适应锚机频繁启动的需要;

(4)锚在出土的一段时间内所需的功率很大,但出土后,负载马上减小,因此要求电动机能在200%额定负载下带电堵转一分钟而不损坏,一旦负载减小,电动机能自动恢复运转,以适应锚在海底可能被杂物或石头卡住等负载较大的情况下的起锚需要。

在实际起锚操作过程中,当控制器手轮由“0”位转到“起锚Ⅰ”位置时,触头Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ闭合,直流电动机电枢与分流电阻(也叫作制动电阻)Rzd并联后再串联全部启动电阻1Rq~4Rq开始启动(如图1所示),此时电动机采用电枢分路法调速,即电动机电枢与电阻Rzd并联后再串联全部启动电阻1Rq~4Rq。

2 电枢分路法分析

直流电动机按电枢分路方式工作时的接线图如图2所示。图中Ra为电枢电阻,Rq为串联电阻,Rz为电枢分路电阻。

由图2可列写下列方程:

将式(1)代入式(2)并消去Iz可得:

再将式(4)代入式(3),并用E=CeΦn,K=Rz/(Rq+Rz)代入,整理后可得:

公式(5)称为电动机电枢分路接法时的机械特性。其中:Ce为电机的电势常数,由电机结构决定;CM为电机的转矩常数,由电机结构决定;Φ为每极磁通;M为电机的电磁转矩。

若令,,则式(5)可写成:

当电动机只带串联电阻Rq,不带分路电阻Rz时,其机械特性称为变阻器特性[1],即:

若令,,则式(7)可写成:

因为K=Rz/(Rq+Rz)<1,所以

由(9)和(10)两式可见,电枢分路接法时电动机的机械特性和其变阻器特性比较,具有理想空载转速(n0')较低,转速降(△n')较小的特点。

3 电枢分路法仿真

根据模块化建模的思想,本文利用Matlab/Simulink作为建模和动态仿真的工具平台。Simulink作为面向系统框图的仿真平台,具有如下特点:

(1)以调用模块代替程序的编写,以模块连成的框图表示系统,点击模块即可输入模块参数;

(2)平台会自动完成仿真系统的初始化过程,将系统框图转换为仿真的数学方程,建立仿真的数据结构,并计算系统在给定激励下的响应;

(3)系统运行的状态和结果可以通过波形和曲线观察,这和实验室中用示波器观察的效果几乎一致。

为此,本文以直流电机的模型为基础,建立了锚机电动机电枢分路法的仿真模型,如图3所示,其仿真结果如表1和表2所示。

4 结论

根据直流电动机在变阻器特性和电枢分路法时机械特性的仿真结果可以看出,采用电枢分路法时电动机的空载转速低,在有负载的情况下,随着转矩的增大,转速下降的比较慢,并且参数K值越小,转速下降的越慢。因此,锚机电动机采用电枢分路方式工作,可获得低而稳定的转速特性,以适应锚机电力拖动负荷变化大的工作特点。

摘要：介绍了锚机电动机的特点,从理论上对电动机的变阻器特性和电枢分路法时的机械特性进行了分析和比较,并利用Matlab/Simulink对两者进行了仿真,总结了电枢分路法的优点。

关键词：直流,电动机,电枢分路,仿真

参考文献

浅谈运用永磁电机作电梯曳引电动机 篇8

PMSM[permanent magnet synchronous motor正弦反电势的永磁同步电机]的运行原理与普通同步电动机基本相同, 只不过用永磁体代替了电励磁, 因此用在分析普通同步电动机的分析方法也适用于PMSM。

永磁同步无齿曳引机的结构传统的曳引机一般有电动机, 曳引轮, 制动器, 蜗轮蜗杆, 齿轮箱等部件构成。而本课题所设计的永磁同步无齿曳引机主要有PMSM, 制动器, 曳引轮等部件组成。

与传统的普通电动机相比, 主要是在电机的转子上。传统的曳引机采用三相异步电机或者带有电励磁的同步电机, 而新型电机的在转子上内置磁钢, 从而使结构更加的简单。由于传统的曳引机采用的调速系统之后, 输出的速度仍然比较大, 而电梯轿厢的上升与下降的速度是不会很大的, 为了使输出的速度比较, 只有通过外部的机械传动来降低, 因而传统的曳引机上就装有齿轮箱, 通过齿轮箱上的减速比和曳引轮上的曳引比的配合来达到输出的额定速度。但是新型的无齿曳引机从命名上可以知道是不需要齿轮箱的, 主要是因为它将曳引轮直接装在转子上, 和转子上的转轴是同一个中心高度。综合曳引轮的旋转速度和曳引比, 最后输出的速度就是轿厢的运行速度。

磁场定向控制

永磁同步无齿曳引机的磁场定向控制的对象就是PMSM, 只要对PMSM实现磁场定向控制也就是实现对无齿曳引机的磁场定向控制。当负载变化时, 永磁体基波励磁磁链与定子合成磁动势波之间空间角度β也会变化, 特别是在动态的情况下, 这将会引起磁场间十分复杂的作用关系, 因此也就不能简单的通过调节定子电流来控制电机的电磁转矩。倘若能够利用电动机外部的控制系统, 即若通过外部条件能对β实施控制, 就可以直接控制定子电流矢量产生的合成磁动势波和永磁体基波励磁磁链的空间夹角了。若对定子电流幅值也能独立的直接控制, 就将PMSM模拟成他励直流电动机。这实际上是对定子电流空间矢量相位和幅值的控制, 所以又称矢量控制。在矢量控制中, 一种特殊选择是使β保持900不变, 也就是使和始终保持正交, 常将这种情况称为磁场定向。此时, 转子参考坐标中dq轴解藕, 即把交流电动机当成直流电动机来模拟了。

磁场定向控制由于控制方法简单, 实现容易以及实时动态跟踪能力强等特点, 因此在高性能的电梯驱动系统中被广泛采用。图中是曳引机中的PMSM采用磁场定向控制时的典型框图, 控制器是由位置、速度和转矩控制环叠加的串级结构。如此设计电机不仅可以获得良好的稳态性能, 还可以获得良好的动态性能。

PMSM在磁场定向控制时候的典型控制框图

电梯曳引机的运行简介

永磁同步无齿轮曳引机 (以下简称曳引机) 的PMSM原理在前面已经介绍, 这里结合曳引机的各个部分在作简单的分析。

曳引机的工作是通过PMSM上的位置传感器, 本设计采用光电编码器, 外部有转轴, 安装在PMSM的转轴上。在使用曳引机之前要调试好转子的初始位置, 这样光电编码器通过检测到的转子位置信号, 将该信号反馈到控制柜, 将处理之后的信号最中去控制变频率装置, 通过变频器来决定电源电压和频率的大小, 从而来控制PMSM的运转。

在控制PMSM的同时, 也要对制动器进行实时控制。当控制柜同时向PMSM和制动器发出给电信号时, 制动器中的制动线圈通电而产生电磁力, 给电磁里将推动两边的顶杆, 使得抱闸杆也向两边平移而压缩弹簧。因为摩擦片是装在抱闸杆上的, 向着杆的方向而移动, 所以此时的摩擦片不与PMSM转子直接接触, PMSM就运转起来了, 而曳引轮在结构上和转子同轴, 所以也跟着转起来了。

当转子上的编码器所测的信号反馈给控制柜, 控制柜发出不给电与变频器的信号, 那么曳引机将得不到电即失电态。那么制动线圈就不会产生电电磁力, 而此时的弹簧要恢复原状而产生压力, 使抱闸杆向中间平移, 使得摩擦片直接接触转子, 通过摩擦片和转子产生的摩擦力矩和变频调压来制动转子的旋转。从而将永磁同步电机制止下来。

通过对交流永磁同步无齿曳引机的设计, 总结起来得出了以下的结论。

(1) 无齿曳引机的嘈声较低。

(2) 曳引机具有温升低的特点。

(3) 采用铷铁硼永磁体材料即磁钢, 实现了无刷结构, 缩小了转子体积, 在结构上得到简化。

(4) 曳引机能够保证高效节能。

当然永磁同步无齿轮曳引机在制造上和控制上的要求的精度相当高, 还有在曳引机运行是制动器上应该产生足够的制动了才可以开闸使电梯运转, 在运行当中制动线圈一直通电, 发热量相当大。控制当中用编码器传输的信号有效驱动变频器和制动器, 也是技术上的一大难题, 所有这些问题还有待于进一步的研究和讨论。

摘要：本文主要介绍用永磁电机替换异步电机作为电梯曳引电动机优势。

永磁直流电动机 篇9

随着新技术的发展和油田开发的进一步深入, 游梁式抽油机的诸多缺点成为制约该型持续进步和发展的重要因素。利用国内最新研制成功的永磁复合低速大扭矩电动机替代皮带和减速箱进行游梁式抽油机直驱技术改造, 成为了兼顾油田现状、突破性改进的一款新型抽油机革新技术。

1 永磁复合电动机

永磁复合电动机的基本原理:利用磁场调制的原理把旋转磁场调制成低速旋转磁场, 实现低速大扭矩输出, 转矩密度达到80~120 k Nm/m3, 其特点是低转速、大扭矩, 其CZXB560-510-8型电动机, 额定功率为23 k W, 调速范围1~6 r/min, 额定输出转矩达到37 000 Nm。此外作为永磁电动机, 额定效率超过90%, 25%以上负载转速范围内平均效率达到85%;额定功率因数超过0.95, 25%以上负载转速范围内平均功率因数达到0.90以上。此外还有低噪声、低温升、免维护及自保护突出功能特点。

2 改造原理

由于该型电动机结构紧凑, 其体积不超过同转矩规格的抽油机减速箱, 可以直接在传统的游梁式抽油机的基础上进行改造。电动机的双向输出轴和安装底座尺寸全部按照37 Nm减速箱的输出轴尺寸和底座尺寸进行设计制造。将抽油机原有的电动机皮带机减速箱全部去掉, 将该型电动机安装在减速箱底座之上, 将电动机输出轴直接连接到四连杆的曲柄之上。该型电动机利用变频调速, 根据该机改造之前的冲速, 调节电动机转速, 达到匹配冲速。

3 改造效果

青海油田结合现场实际, 在油田两个区块的4口10型游梁式抽油机上实施了改造试验。改造前后4口油井产液量和含水基本稳定, 未进行检泵作业。理论上抽油机常规皮带传动效率为94%, 减速箱传动效率为90%[1], 通过电动机直接驱动, 传动效率可以提高15.4%。假设节电量呈线性变化, 理论节电量可以超过15%。实测改造前后数据见表1、表2。

目前, 该技术已在青海油田两个区块的4口低产井上获得成功应用。青海油田总机械厂已与该技术单位合作, 生产该类抽油机, 直驱抽油机在高产井上的使用效果和节能效果有待于进一步试验评价。

4 经济效益

通过在油田2个区块的4口机采井的使用效果分析, 平均综合节电达到25%以上。4口井平均有功日节电为31.4 k Wh。年节电约为9700 k Wh。按青海油田目前电费计价, 年可节约电费9500元, 此外还可以节约更换皮带和润滑油费用及减速箱的维护费用。

5 结论

1) 游梁抽油机采用永磁复合电动机驱动后, 取代了机械减速齿轮箱、皮带传动及电动机拖动系统, 提高了传动效率、节约了更换皮带等维护成本及由此造成的停产损失, 具有一定的经济效益。

2) 经现场使用及测试结果得出永磁复合电动机运行平稳、效率高、对于低产井节能效果较为显著。

3) 目前该电动机价格较高, 投入产出比较小, 投资回收期较长。

4) 目前该电动机配套的抽油机, 还未配备驻车刹车, 使用安全性还有待提高。

5) 由于该型抽油机在油田的应用还处在起步阶段, 未经过长期的应用, 对于可靠性和耐久性还需进一步应用验证。

参考文献

直流电动机的调速研究 篇10

现代工业生产中,生产机械为适应其工艺过程要求,在不同的场合下必须具有不同的转速来进行工作,以保证生产机械的合理运行,并提高产品质量。直流调速即直流电动机速度控制,是指在直流传动系统中人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械对不同转速的要求。如金属切削机械在进行精加工时,为提高工件的表面光洁度而需要提高切削速度。由此可见,调速在生产机械的运行中,具有重要的意义。

从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法,改变电动机的机械特性,从而改变它与工作机械特性的交点,改变电动机的稳定运转速度。以他励直流电动机为例,直流电动机有三种基本调速方法:(1)他励直流电动机的电枢回路串入电阻调速;(2)他励直流电动机的降低电源电压调速;(3)他励直流电动机的减弱磁通调速。以下分别进行讨论。

1 他励直流电动机的电枢回路串入电阻调速

电枢回路串入电阻调速要求,仅通过改变电枢回路的电阻来调节速度。此时,他励直流电动机的理想空载转速不变,额定转速降变大,特性变软。如图一所示,设他励直流电动机工作在固有机械特性曲线的点上,以转速稳定运行。为了调节速度,将接触器KM的常开触头断开,串入电阻,此时,他励直流电动机的工作点从固有特性曲线移到人为特性曲线上运行,他励直流电动机所对应的稳态转速为nc。串入不同的电阻,可获得不同的稳态转速。

用电枢回路串联电阻的方法调速时,虽然设备简单、操作方便,但因电动机的机械特性变软,系统转速受负载影响大。此时轻载时达不到调速的目的,重载时还会产生堵转现象,而且在串联电阻中流过的是电枢电流,长期运行时损耗也大,经济性差,因此这种调速方法在使用上有一定局限性。

2 他励直流电动机的降低电源电压调速

不同的人为机械特性对应不同的稳定转速,如图二中的a、b、c点所示。如将电源电压由UN调至U1,则他励直流电动机的工作点将由a点经v点过渡到c点,其特性曲线是一簇以U为参数的平行直线。

在整个调速范围内均有较大的硬度,在允许的转速变化率范围内可以获得较低的稳定转速,故此种方法的调速范围较宽,一般可达10—12。通过电压正反向变化,使电动机能平滑地起动和工作在四个象限,能实现回馈制动,而且控制功率较小,效率较高,配上各种调节器可组成性能指标较高的调速系统,因此在工业中得到广泛应用。

3 他励直流电动机的减弱磁通调速

他励直流电动机在额定磁通下工作时,磁路已接近饱和,因此,一般采用减磁调速。在U=UN、电枢回路中不串入附加电阻时,若减弱磁通,则理想空载转速和转速降将均随磁通的减小而升高,因此,他励直流电动机的磁通越弱,其机械特性越软。

采用调节励磁调速方法时,在高速下由于电枢电流去磁作用增大,使转速特性变得不稳定,换向性能也会下降。因此,采用改变磁通量来调速的范围是有限的。

由于弱磁调速只能升速,而转速的升高受到换向条件和机械强度的限制,调速范围不大,因此单独使用弱磁调速方法意义不大。对于要求调速范围较大的系统,常常把调压与调磁两种方法配合使用。以电动机的额定转速作为基础速度,在基速以下采用调压调速,在基速以上采用弱磁调速。

上述他励直流电动机三种调速的性能与应用场合如表一所示,可根据生产机械的调速要求合理选择调速方法。

4 结束语

直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在较大范围内平滑调速。长期以来,在电动机调速领域中,直流调速方法一直占主要地位。与交流电动机相比,直流电动机有良好的调速性能,它的调速范围较广;调速连续平滑;经济性好,设备投资较少,调速损耗较小,经济指标高;调速方法简便,工作可靠。因此,在现代生产机械中被广泛采用。

参考文献

[1]张智先,姚永刚.电机与控制技术[M].北京:中国铁道出版社,2010.

[2]李敬梅,等.电力拖动控制线路与技能训练[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2001.