同步磁阻電機原理&結構介紹
同步磁阻電機是一種同步電動機,其轉矩是由于轉子的正交軸和直軸的磁導率(磁導率)不等而產生的,它沒有勵磁繞組或永磁體 。
同步磁阻電機的構造
磁阻電機的定子可以是分布式和集中式繞組,由框架和帶繞組的鐵芯組成。
同步磁阻電機
分布式繞組同步磁阻電機定子
磁阻電機的轉子分為三種主要類型:凸極轉子、軸向疊片轉子和橫向疊片轉子。
帶凸極轉子
軸向疊片轉子
橫向疊片轉子
同步磁阻電機的工作原理
通過定子繞組的交流電在電動機的氣隙中產生旋轉磁場。當轉子試圖通過施加的磁場建立其最具導磁性的軸(d 軸)以最小化磁路中的磁阻(磁阻)時,會產生扭矩。轉矩的幅度與直接 Ld 和正交 Lq 電感之間的差值成正比。因此,差異越大,產生的扭矩就越大。
同步電機的磁場線
可以借助下圖解釋主要思想。由各向異性材料組成的物體“a”沿d軸和q軸具有不同的電導率,而物體“b”的各向同性磁性材料在所有方向上具有相同的電導率。如果 d 軸和磁場線之間存在角度,則施加到各向異性物體“a”的磁場會產生扭矩。顯然,如果物體“a”的 d 軸與磁場線不重合,物體就會在磁場中引入畸變。在這種情況下,扭曲磁力線的方向將與物體的 q 軸重合。
在磁場中具有各向異性幾何形狀 (a) 和各向同性幾何形狀 (b) 的物體
具有各向異性幾何形狀的物體周圍的磁場線
在同步磁阻電機中,磁場由正弦分布的定子繞組產生。磁場以同步速度旋轉,可視為正弦曲線。在這種情況下,總會有一個扭矩旨在通過減少沿 q 軸的場失真(δ→0)來降低整個系統的勢能。如果角度δ保持不變,例如通過控制磁場,那么電磁能將不斷地轉化為機械能。定子電流負責磁化并產生試圖減少磁場失真的轉矩。轉矩是通過控制電流角來控制的,即定子繞組的電流矢量與轉子d軸在旋轉坐標系中的夾角。
同步磁阻電機的特點
好處:
簡單而堅固的轉子結構:
轉子結構簡單,由電工鋼片組成,沒有磁鐵和短路繞組。
低熱量:由于轉子中沒有電流,因此在運行過程中不會發熱,從而增加了電動機的使用壽命。
沒有磁鐵:由于生產中不使用稀土金屬,因此降低了電動機的最終價格。在沒有磁力的情況下,簡化了電動機的維護。
轉子的低轉動慣量:由于轉子上沒有繞組和磁鐵,轉子的轉動慣量較低,使電動機加速更快,更節能。
速度控制: 鑒于同步磁阻電機的運行需要變頻器,因此可以在較寬的速度范圍內控制磁阻電機的轉速。
缺點:
頻率控制:工作需要變頻驅動。
低功率因數:由于磁通量僅由無功電流產生。通過使用帶有功率校正的變頻驅動器來解決。
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