讲课-微特电机知识点

1 简述特种电机的特点及发展趋势。

特点：工作原理、励磁方式、技术性能以及结构上有较大特点，且种类繁多、功能多样化，种类繁多，功能多样化，而且不断产生功能特性，性能优越的新颖电机。

发展趋势：机电一体化、智能化、大功率化、小型化、微型化、励磁材料永磁化、高功能化。

2 电机中常用的永磁材料有哪几类，各有何特点？

①铝镍钴永磁材料：温度系数小，剩余磁场强度较高，但矫顽力很低；退磁曲线呈非线性；使用前要进行

稳磁处理。

②铁氧体永磁材料：价格低廉，制造工艺简单，质量较轻；温度系数较大，剩磁密度不高，矫顽力较大；

退磁曲线大部分接近直线；不能进行电加工。

③稀土永磁材料：高剩磁密度，高矫顽力，高磁能积；稀土钴永磁价格昂贵，温度系数小，退磁曲线基本

上是一条直线；钕铁硼永磁价格较便宜，温度系数较大，容易腐蚀，在高温下使用时

退磁曲线的下半部分要产生弯曲。

3.永磁直流电动机与电励磁直流电动机结构上有什么相似和不同之处？两者相比，永磁直流电动机有什么优点？

相似之处：在电枢结构上基本相同。

不同之处：在定子侧永磁直流电动机为永磁体，而电励磁直流电动机为电励磁磁极。

优点：永磁电动机没有励磁绕组铜耗，因此相对而言效率更高；永磁电动机体积小质量轻、机械特性硬、电压调整率小。

4.永磁材料的性能对永磁直流电动机磁极结构和永磁体尺寸有什么影响？

永磁材料的性能对磁极的结构形式和尺寸有决定性影响。由于永磁材料的性能差异很大，为达到某一要求，所选用不同材料的磁极的结构形式和尺寸不相同。

铁氧体在性能上具有Br小、Hc相对高的特点，所以常做成扁而粗的瓦片形或圆筒形的磁极结构；

铝镍钴永磁具有Br高、Hc低的特点，一般做成细而长的弧形或端面式的磁极结构；

稀土永磁的Br、Hc及（BH）max都很高，适宜做成磁极面积和磁化长度都很小的结构。

5.永磁直流电动机有极靴的磁极结构有什么优点和缺点？原因何在？

有极靴磁极结构既可起聚磁作用，提高气隙磁通密度，还可调节极靴形状以改善空载气隙磁场波形；负载时交轴电枢反应磁通路径经极靴闭合，对永磁磁极的影响较小。缺点是漏磁系数大，负载时的气隙磁场的畸变较大。

原因：极靴的存在使得永磁体不能直接面向气隙，主磁通就变小，漏磁系数变大；主磁通需经极靴闭合，使得负载时气隙磁场产生较大的畸变。

6.同电励磁电动机相比，永磁直流电动机运行中有什么值得注意的特殊问题？为什么会存在这些问题？

①运行特性的温度敏感性；永磁材料的磁性能受温度的影响，因此，永磁电机运行时要注意工作温度对运行特性的影响。

②永磁体励磁不可调；永磁体的磁性能是固有的物理特性，在安装到电机上之前就已经固定，在运行中不能调节永磁体的磁性能。

③交轴电枢磁动势和交轴电枢反应；电枢反应不仅影响气隙磁场的分布与大小，而且使永磁体的工作点相应改变，影响到永磁体的工作状态。

7.已知一台永磁直流电动机，其电枢电压U=110V，电枢电流Ia=0.4A，转速n=3600r/min，电枢电阻Ra=50Ω，忽略空载转矩和电刷电压，试求：

(1) 该运行状态下的电磁转矩；

(2) 如果电动机运行中，由于温度升高永磁体励磁磁通减少了20%，在电枢电压和负载转矩保持不变的情况下，电枢电流、转速和电磁转矩各变化多少；

解：（1）E=Ua=110V Ω=2πn/60

Tem=E*Ia/Ω=110*0.4/(2π*3600/60)=0.1167(N•m)

（2）Tem=T2+T0 因为T2不变，T0不计所以Tem不变

Tem =CT*￠*I ￠1*I1=￠2*I2 ￠1/￠2=I2/I1=5/4 I2=0.5A

E不变，E=Ce*￠*n ￠1/￠2=n2/n1=5/4 n2=4500 r/min

电枢电流增加0.1A、转速增加900r/min、电磁转矩不变。

8.永磁同步电动机与电励磁同步电动机结构上有什么相似和不同之处？两者相比，永磁同步电动机有什么优点？

相似之处：在定子结构上基本相同。不同之处：永磁同步电动机由永磁体提供磁通取代了电励磁绕组励磁。

优点：省去了集电环和电刷，简化了结构，提高了运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高

了电动机的效率和功率因数。

9.转子磁极具有凸极性的永磁同步电动机与电励磁凸极同步电动机在矩角特性上有什么差别？为什么？

转子磁极具有凸极性的永磁同步电动机的矩角特性曲线上转矩最大值所对应的功率角大于90o，而电励磁凸极同步电动机小于90o。因为永磁同步电动机的直轴同步电抗Xd小于交轴同步电抗Xq，而电励磁同步电动机恰好相反，根据矩角公式θ

=arccos[）

（）（q d q

02q d 22q 20X -X U 4X E -X -X U 8X E ]可以得：对永磁同步电动机有90o <θ<180o ；对电励磁同步电动机有0o <θ<90o 。

10.简述永磁无刷电动机构成和工作原理。

永磁无刷电动机由电动机本体、转子位置传感器和驱动电路三部分组成。电动机本体是进行机电能量变换的器件，由定子和转子构成，转子轭上装有永磁体，用以提供主磁通；定子铁芯上装有多相绕组用来输入电能。与转子同轴的位置传感器用来检测磁极位置。驱动电路根据位置传感器的信号依次向绕组供电。在a 相导通期间，若a 导体中流入页面的电流处在N 极下，则a' 导体中流出页面的电流处在S 极下，产生逆时针方向的转矩；转动后，换向成b 相导通，同理产生逆时针方向的转矩；如此a 、b 、c 三相循环导通，电机进入逆时针转向电动机运行状态。根据上述原理，电机也可进入顺时针转向电动机运行状态。

11.位置传感器都有哪几种？简述它们的工作原理。

（霍尔位置传感器、旋转变压器、光电编码器、磁性编码器）

12.永磁无刷直流电动机的驱动模式有哪几种？简述它们各有什么特性。

“三相Y 联结，3状态，一相单向导通120o

”每次只有一相导通，电流总为正值。每相导通120o 电角度。

“三相Y 联结，6状态，两相双向导通60o ”每次两相同时导通，电流可双向流通。每次导通60o 电角度。

共性：当电压一定时，机械特性是一条直线；随着电压的下降，机械特性平行下移。转矩-电流特性是一条斜率为正数、过原点的直线。转矩-电压特性是一条斜率为正数、不过原点与U 正半轴相交的直线。功率特性是一条过原点、开口朝下的抛物线。

13.如何改变永磁无刷电动机的旋转方向？

在“三相Y 联结，3状态，一相单向导通120o ”驱动模式下，调换b 、c 两相的导通顺序可实现反向；在“三相Y 联结，6状态，两相双向导通60o ”驱动模式下，互换桥式电路上下桥臂的开通关断状态可实现反向。

14.无独立位置传感器永磁同步电动机有哪些位置预估方法？

1、基于反电动势的位置估算器；

2、检测定子电压、电流转子位置估算器；

3、基于观测器的速度和位置估算器；

4、由于几何形状和饱和的影响，基于电感变化的估算器；

5、用于人工智能的估算器。

15.简述直流伺服电动机的基本工作原理。