永磁电机课件

磁与电磁
一、磁的基本知识
1、磁性 :能吸引铁、镍等金属或合金的性质。 2、磁体 :具有磁性的物体。 3、磁极 :磁体上磁性最强的部位，有 S极和N极，磁极间同性
相斥,异性相吸。 4、磁力 :磁极间的相互作用力。 5、磁场 :磁极周围存在的一种特殊物质 ,具有力和能的特性。 6、磁力线 :为描述磁场的强弱和方向而引入的假想线。 在磁极外 部由N指向S，在磁极内部由S指向N。磁力线越密磁场越强，磁 力线越疏磁场越弱。
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二、电流的磁场
1920年，科学家奥斯特发现，在电流周围存在磁场（动电生 磁），即电流的磁效应。
电流与其产生磁场的方向可用安培定则来判断，既适用于 判断 电流产生的磁场方向 ，也适用于在已知磁场方向时判断电流的方 向。
1、直线电流 产生的磁场
2、环形电流 产生的磁 场
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三、磁场对电流的作用
1、通电导体在磁场中会受到力的作用，电 磁力的方向符合左手定则。
空间对称嵌放。起动绕阻与电容 C串联，使起动绕组
电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差，即：
C i2
i i1
i2
i1
A
A
A
ωt Y
BY
BY
B
M
0 45°90°
360°
1～
X
X
X
(a) 电路图
(b) 波形图
? t ? 0? ? t ? 90? ? t ? 180?
加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。
观察电流波形图及电机示意图可看出，合成 磁场的转向取决于三相电流 的顺序，A→B→C正序时气隙磁场顺=240°
0
ωt
ωt =240°时电流和磁场情况
A Z
Y
N
×
C
S
B
×
×X
观察电流波形图及电机示意图可看出，合成 磁场的转向取决于三相电流 的顺序。
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i
ωt =360°
0
ωt
实际三相电动机 的旋转磁场是如 何产生的呢？
三相异步电动机的三相定子绕组以互隔 1200的方式嵌放在定子铁芯 中。当三个绕组分别接入三相交流电后，便可以产生旋转磁场。
i
A
Z
Y
0
ωt
B
C
X
规定：电流为正值时，电流从绕组首端流入，从 末端流出；电流为负值时，电流从绕组末端流入， 从首端流出。
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i 0
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很明显，电动机上存在两个转速，一个是旋转磁场转速 n0，一个是转子的 转速n。
电动机的转速n能等于旋 转磁场的转速n0吗？
如果二者相等，则转子与旋转磁场之间 就没有了相对切割→转子不切割磁场就不能 产生感应电流成为载流导体→不是载流导体就无法在磁场中 受力→不受力电动机就永远转运不起来。
n≠n0，异步！
直流无刷电机 基本原理
? BLDC电机
在了解永磁电机之前，为便于理解永磁电机工 作的基本原理，我们先简要回顾一下电磁感应方 面的一些基本理论及我们比较熟悉的普通三相异 步电动机和单相异步电动机与直流电机的基本工 作原理。通过对比分析，有助于我们快速的掌握 永磁电机的基本工作原理。首先，来了解一下电 磁感应方面的一些基础知识。
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单相异步电动机的定子磁场
S×
i
×N
× 单相机定子
0
N × 单相机转子
×
ωt
×S
在定子绕组中通入单相交流电
电流正半周，线圈导体中通过 的电流始终为正值
电流的负半周，线圈导体中通 过的电流方向始终为负
合成磁场随时间大小不断变化， 合成磁场随时间大小不断变化，
但磁场轴线的位置始终不变。
但磁场轴线的位置始终不变。
显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随时间不断变化、 但磁场轴线位置始终不变的脉动磁场。所以单向异步机的转子不会自行 起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。
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如何使单相异 步电动机旋转 起来呢？
电容分相法可让单相异步机转动
电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：
一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕组在
上式的含义是指，电磁感应的电动势与线圈匝数和 磁通的变化率成正比。 负号是指在感应电动势作用下而在线圈里产生的感应电流所产生的 Φ′将 逆着Φ变化。 1）变压器电动势：线圈与磁场相对静止，只有磁通变化。 2）运动电动势：线圈与磁场相对运动，引起磁通变化。
e=Blv 符合右手定则。
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前面，我们回顾了电磁感应方面的一些基础知识，下面我们在此基础上开始了解电机 方面的理论知识，首先，来了解下右手定则。
即：B= F IL
B：均匀磁场的磁感强度（ T） F：通电导体受到的电磁力（ N） I：导体中的电流强度（ A） L：导体在磁场中的有效长度（ m）
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3、一匝匝数为N的线圈在磁场中，若与线圈交链
的磁通Φ发生变化，则线圈上会感应出电动势e,称为 电磁感应, e的正方向与Φ符合右手螺旋定则。
E=-N△φ/△t
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三相异步电动机工作原理概括
在电动机对称三相定子绕组中通入
× A ×FN Z n0
对称三相交流电流 产生气隙旋转磁场
Y
转子导体与磁场相切割，生成感
B
×
C
S
F
X
应电动势、感应电流 载流导体受电磁力的作用形成力偶
力偶对电机转轴形成电磁转矩
从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。
若要改变电动机的旋转方向，只需 任调通入定子绕组中两 相电流的相序即可。
左手定则 伸开左手，四指并拢，拇指与四指垂直，并 且在同一平面里，让磁感线垂直穿过手心，使 四指指向电流方向，这时大拇指所指的方向就 是通电导线在磁场中所受磁场力的方向。
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2、我们常使用通电导体在磁场中某点受到的电磁 力与导体中电流和导体的有效长度的乘积的比值来表 示该点磁场的性质，并称为该点的磁感强度B。
ωt =360°时电流和磁场情况
A×
×
N Z n0
Y
B
×
CS
X
电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转 了360°。表明磁场的旋转速度与电流变化的频率有关。
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归纳：
只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交 流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个 随时间变化的 旋转磁场。
ωt=0时电流和磁场情况
电流入
A
×
Z
×
Y
ωt
C×
B
电流出
X
A、C两相电流t=0 时为正，因此首端流入、末端流出。 B相电流t=0 时为负，末端流入、首端流出。 相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场。
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i ωt =120°
0
ωt
ωt =120°时电流和磁场情况
A× Z
×
Y
B
×
C X
可见当电流随时间变化 120°，电动机的磁场在空间的位置也随 之旋转了120°。