特种电机演讲16-21页文档

双凸极永磁电机基本结构和工作原理
DSPM中的气隙磁场主 要由永久磁钢建立。
空载情况下： 在理想空载（即各相电流均为零） 当时转,永子久齿磁进钢入在定各子相齿绕下阻时中，的该永定子 绕磁组磁的链磁Ψ链pm和电将感随均转随子之位增置加θ的。变 当化转而子周齿期与性定地子近齿似完线全性重变合化时，，显磁 链然有，最当大定值子。极和转子极重合时 Ψpm 最大，而定子和转子极对 当槽转时子Ψ齿pm离最开小定。子齿时，磁链随之 减小。
当转子齿对着定子槽时，磁链有最 小值 。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
负载运行时，相电流为iph ，其在相绕阻中将产生 自感磁链Ψi ，因为永久磁钢相当于气隙的高磁阻， 迫使Ψi沿相邻极铁芯闭合。 当定子极和转子极重合时Ψi 的路径经大的气隙闭 合，对应电感值和定、转子极对槽位置时电感值 一样，均为最小值。
缺点
双凸极永磁电机
1、DSPM 采用双极性功率变换器，以能提供正、负向电流， 不仅所用主开关器件多（每相至少要用两只主开关器件）， 而且存在因误触发使上、下桥臂直通故障的隐患；
2、永久磁钢的引入，降低了电动机结构整体性和坚固程度；
3、磁阻转矩虽然在理想条件下其平均值为零，但实际运行 中，若控制参数不合适，不仅可能形成负的平均转矩，削 弱电动机的输出转矩，而且会增大瞬时转矩脉动；
2、因主磁场由高性能永磁体建立,相绕组匝数较少、 相电流较小，铜耗较低，故可提高系统效率；
3、因在一个转子极距中，绕组均可通电工作，产生 电动转矩，故增大了输出转矩，提高了单位体积能 量转换密度和转矩密度；
4、转矩脉动较小，且功率密度高，材料利率高 ；
5、因为相电流换向位置处的电感小，故换向冲击振 动和噪声较小。
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4、存在高温环境运行能力有限、调速范围不易改变等局限。
双凸极永磁电机控制及功率变换电路
2019/9/5
发展现状及应用前景
发展现状
学者在了解其以上特性之后，在对DSPM电机的研究中，主要开 展以下几方面的工作：
1. 参数和静态特性的分析计算 2. 永磁材料最佳用量
3. 弱磁控制
发展现状及应用前景
特点
1.定转子均为凸极结构； 2.定子齿上装有集中式绕组； 3.转子上既没有绕组，也没有永磁体—适合高速运行； 4.定子上装有永磁体—结构稳定，易于冷却；
5.由于主磁路中放有两块磁导率与空气相近的永磁体， 绕组电感比SR电机要小很多。
优点
双凸极永磁电机
1、结构简单，无刷，转子上无绕组和永磁体，可靠性高；
(2) 为了增加饱和度以提高开关磁阻电机出力，定转子间气 体内，形成所谓
隙较小，因此将产生噪声和振动问题；
的双凸极永磁电
(3) 开关磁阻电机只能在半周内出力；即正半周电感增加时 机。
产生电动转矩， 而负半周电感减小时产生制动转矩，材
料利用率低。
特点和优缺 点
基本结构和 工作原理
发展前景
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
（以6/4极的双凸极永磁电机（DSPM）为例 ）
转子
定子 永磁体
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
该电机定子铁芯有六个齿极，转子铁芯 有四个齿极，均由导磁良好的硅钢片冲 制后叠成。转子与定子之间有很小缝隙， 转子可在定子内自由转动。 在定子齿极上绕有线圈，是向电机提供 工作磁场的励磁绕组。在转子上没有线 圈。并且在定子轭中对称嵌入了两块高 性能永久磁钢。
应用前景
为了进一步了解该电机的特点及与其他电机的区别，下表列出了 几种电机的性能比较。
在外形尺寸基本相同的情况下，DSPM 电机的转矩/电流比和 转矩/惯量比均明显高于其他各类电机,而其永磁材料用量不到 永磁无刷直流电机和永磁同步电机的一半,具有明显的优势。
发展现状及应用前景
应用前景
随着微电子和电力电子技术的进一步发展，电子 元器件成本的下降，单片机功能的日益完善，高 性能的永磁材料的普及和成本的下降，以及 DSPM 电机设计理论，系统优化设计，控制策 略等的深入研究，DSPM 电机调速系统可能在 成本、性能方面超出现有的交流变频调速系统和 开关磁阻电机调速系统，在调速和伺服（电动汽 车）领域取得突破性发展。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
基于线性假设，以一相绕组单独通电为例进行分析 ，这时 相绕组磁链Ψph为永磁磁链Ψpm 与其自感磁链Ψi 之和， 即：
其对应的磁共能为：
由机电能量转换原理,一相电磁转矩为：
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
由上述计算可得下图
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
特点以及优缺点
当定、转子极一半重叠位置处，Ψi 闭合路径经过 的气隙最小，对应电感值最大。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
图中表现了磁链Ψpm 以及相电感随转子位置θ的变化而变化的规律。
双凸极永磁电机基本结构和工作原理
Байду номын сангаас
电磁转矩分析
设通入的三相电流为图2 （b）所示的“理想”方波 电流，
即在相绕阻永磁磁链
Ψpm 增加区通入幅值为Im 的“正向电流”增强Ψpm ， 在Ψpm 减少区通入幅值为 Im 的“负向电流”削弱 Ψpm。
双凸极永磁电机浅析
组员：胡森军 龚孝欣 俞东
DSPM 电机（双凸极永磁电机 ）是磁阻电机和永磁电 机的有机结合体，是开关磁阻电机的创造性发展。
开关磁阻电机的双凸极结构在转矩输出方面有一些问题，
主要表现在:
为了解决这些问
(1) 由于主开关必须在电感较大处关断，电流换相较慢，从 而降低了转矩输出；
题，90 年代初， 人们将永磁材料 嵌入转子(或定子)