同步电机电枢反应的电磁场分析
张帆 09291062
1利用Maxwell 电磁场数值计算软件，建立两极同步电机的二维模型。
(1)建立模型
（2）设定材料属性
（3）设定边界条件
2写出三相对称电流的表达式。根据所建立的模型中的定转子相对位置情况，计算出在交轴电流，去磁直轴电流，助磁直轴电流三种情况下，在所建模型中每相电流的数值。
三相对称电流的表达式：
I aa’=I m cos(wt)
I bb’=I m cos(wt-120)
I cc’=I m cos(wt-240)
2单独给转子绕组通电流进行电磁场计算，画出空载时磁力线分布图和气隙磁场的磁密分布波形;
空载时磁力线分布
气隙磁场的磁密分布波形
3单独定子绕组通交轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子绕组通电流，观察交轴电枢反应时磁场的扭斜情况，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；
单独定子绕组通交轴电流，电枢磁场
同时给转子绕组通电流，电枢磁场
交轴电枢反应气隙磁密的分布波形
4单独定子绕组通去磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子
通电流，画出磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场是否减小，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；
单独定子绕组通去磁直轴电流，电枢磁场的分布
同时给转子通电流，电枢磁场的分布
同时给转子通电流，气隙磁密
5单独定子绕组通助磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子绕组电流，画出电枢磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场的变化，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；
单独定子绕组通助磁直轴电流，电枢磁场的分布
同时给转子绕组电流，电枢磁场的分布
同时给转子绕组电流，气隙磁密
6比较上述几种情况下的磁力线分布和气隙磁密分布波形，对照电枢电流情况总结同步电机电枢反应规律。
电枢磁势的存在，将使气隙磁场的大小和位置发生变化，我们把这一现象称为电枢反应。电枢反应会对电机性能产生重大影响。
a.当发生交轴电枢反应时，内功率因数角Ψ=0°
此时负载为纯电阻，通过比较气隙磁密波形，发现波形有畸变
b.当发生直轴去磁电枢反应时，内功率因数角Ψ=90°
负载为电抗，气隙磁密波形幅值下降
c.当发生去轴助磁电枢反应时，内功率因数角Ψ=-90°
负载为感性原件，气隙磁密波形幅值增大
总结得出以下表格
7根据上述结果，分析当发电机负载为阻感性负载时，电枢反应情况.并自己设定电枢电流数值，计算此种情况下的气隙合成磁场分布，画出磁力线图，气隙磁密分布图，比较计算结果与理论分析结果是否相符。
当发电机负载为阻感性负载时，分析可知气隙磁密波形会增强，此时功率因数角选择应在-900<Ψ<00
选择Ψ=-600进行仿真。
此时I aa’=I m cos(wt)=-100A；I bb’=I m cos(wt-120)=200A；I cc’=I m cos(wt-240)=-100A
电枢及气隙磁场分布
电枢反应磁场扭斜情况与理论分析结果相同
气隙磁密分布
8谈谈本次研究性训练的收获。
通过此次试验，我学习了ansoft软件的使用，对将来的学习工作打下了基础。通过和同学的不断交流沟通解决了不少学习过程中的
问题，也深刻的理解了同步电机电枢反应产生的原因和影响，获益匪浅。
同步电机章节作业： 1. 有一台TS854-210-40的水轮发电机，P N =100兆瓦，U N =13。8千伏，9.0cos =N ?，f N =50赫兹，求（1）发电机的额定电流；（2）额定运行时能发多少有功和无功功率？（3）转速是多少？ 解：（1）额定电流A U P I N N N N 6.46489.0108.13310100cos 336=????==? （2）有功功率MW P N 100= 无功功率 var 4.48)9.0tan(arccos 100tan M P Q N N =?==? （3）转速 min /15020 506060r p f n N N =?== 2.同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在下列情况下（忽略电机自身电阻），电枢反应各起什么作用？ 1） 三相对称电阻负载； 2） 电容负载8.0*=c x ，发电机同步电抗 0.1*=t x ； 3） 电感负载 7.0*=L x 答： 电枢反应的性质取决于内功率因数角ψ， 而ψ角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。 由等效电路图可知（忽略电枢绕组电阻r a ）： ①当负载阻抗为Z L =R 时，阻抗Z=jx t +R ，其阻抗 角ψ在900>ψ>00范围内，即空载电动势. 0E 和 电枢电流。I 之间的相位角ψ在900>ψ>00范围内， 所以电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应； ②当负载阻抗为Z L =-jx c 时，阻抗Z=jx t -jx c ，由于x t *=1.0>x c *=0.8, 阻抗角ψ=900，即空载 电动势.0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应； ③当负载阻抗为Z L =jx L 时，阻抗Z=jx t +jx L 的阻抗角为ψ=900，即空载电动势. 0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应。 3. 试述直轴和交轴同步电抗的意义。X d 和X q 的大小与哪些因素有关？ 直轴（交轴）同步电抗表征了当对称三相直轴（交轴）电流每相为１Ａ时，三相联合产生的直轴电枢反应磁场和漏磁场在一相电枢绕组中感应的电动势。 直轴（交轴）同步电抗是表征对称稳态运行时直轴（交轴）电枢反应基波磁场和漏磁场综合效应的电磁参数。 Xd 正比于频率f,电枢相绕组的串联匝数的平方N ２以及直轴气隙磁导Λd ；
电气工程及其自动化专业毕业论文参考题目 1.无刷双馈电机的功率因数控制 2.基于Matlab的无刷双馈电机建模与仿真 3.复合励磁同步发电机励磁控制系统 4.新型混合型有源电力滤波器的研究 5.TCR型SVC控制系统 6.某电厂卸船机供电系统滤波器设计 7.复合励磁稀土永磁同步发电机的研究 8.稀土永磁直流无刷电机设计研究 9.盘式永磁同步发电机在风力发电中的开发与应用 10.基于DSP的交流不间断电源的研究 11.基于DSP的无刷直流电机控制系统研究 12.基于DSP的异步电动机直接转矩控制系统的研究 13.平衡变压器的优化设计 14.某型号电力变压器的电磁场分析 15.基于DSP的有源电力滤波器的设计 16.基于DSP的混合电力滤波器的设计 17.低噪声电机设计 18.永磁同步电动机数字化调速系统的研究 19.并联混合型有源电力滤波器的设计 20.超高压远距离输电线路的无功补偿 21.配电网高压无功调节装置的设计与优化
22.磁阀式可控电抗器的设计 23.变频空调系统的电气设计 24.三相感应电动机调速系统的建模与仿真 25.复合励磁多相同步调速电动机的研究与设计 26.变压器型可控电抗器的设计 27.静止无功补偿器的模型与分析 28.交流异步电力测功机系统的仿真分析 29.直驱型风力发电系统中机侧变流器的设计与仿真 30.直驱型风力发系统电网侧变流器的设计与仿真 31.调磁路式可控电抗器的仿真 32.调电路式可控电抗器的设计与仿真 33.变速恒频双馈风力发电系统的设计与仿真 34.大型风力发电机组变桨控制器的一种新型直流电源系统 35.兆瓦级风力发电电伺服独立变桨控制系统的设计 36.一种新型直驱型风力发电系统电池管理装置的设计 37.无刷交流励磁机电磁计算程序研究 38.2.5MW永磁风力发电机的机械计算 39.兆瓦级风力发电机组变桨控制算法的研究 40.某幢办公楼的电气部分设计 41.某柴油机厂配电变电所电气系统设计 42.电机学实践教学改革探讨 43.太阳能光伏技术与应用
同步电机 一、填空题: 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于 __________________________。 电枢磁动势;励磁磁动势;内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时,除产生____________________电枢反应外,还产生__________________________ 电枢反应。 交轴电枢反应;直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________与_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗,利用______ ______与_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性;短路特性;空载特性;零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗与交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件就 是:(1) ;(2) ;(3) ;(4) 。 发电机的频率等于电网的频率;发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致;发电机的电压相序 与电网的电压相序相同;在合闸时,发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角θ有双重物理含义,在时间上就是 与 之间的夹角;在空间上就是 与 之间的夹角。 励磁电动势0E &;电压U &;励磁磁动势1 f F &;等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据就是___________,隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角 θ= 。 0dT d θ >,90? 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时,要调节输出的有功功率,必须调节___________________ ________;如果只调节其输出的无功功率,可通过调节______________实现。 原动机的输入功率(或输入转矩);励磁(电流) 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机,功率因数就是超前的,则电机运行在______状态,此时 发电机向电网发出__________的无功功率;若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大,当发 出的无功功率为零时,励磁状态为 状态;进一步增大励磁电流,电机变化到_____状态,此 时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励;超前(或容性);正常励磁;过励;滞后(或感性) 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式就是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联,如将发电机励磁电流减为零,则发电机电磁转矩为 。
同步电机 一、填空题： 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于__________________________。 电枢磁动势；励磁磁动势；内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时，除产生____________________电枢反应外，还产生__________________________电枢反应。 交轴电枢反应；直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________和_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗，利用______ ______和_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性；短路特性；空载特性；零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件是：（1） ； （2） ； （3） ； （4） 。 发电机的频率等于电网的频率；发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致；发电机的电压相序与电网的电压相序相同；在合闸时，发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角有双重物理含义，在时间上是 和 之间的夹角；在空间上是 和 之间的夹角。 励磁电动势0E &；电压U &；励磁磁动势1 f F &；等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据是___________，隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角= 。 0dT d θ>，90 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时，要调节输出的有功功率，必须调节___________________ ________；如果只调节其输出的无功功率，可通过调节______________实现。 原动机的输入功率（或输入转矩）；励磁（电流） 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机，功率因数是超前的，则电机运行在______状态，此时发电机向电网发出__________的无功功率；若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大，当发出的无功功率为零时，励磁状态为 状态；进一步增大励磁电流，电机变化到_____状态，此时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励；超前（或容性）；正常励磁；过励；滞后（或感性） 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，则发电机电磁转矩为 。
§2.3负载时直流电机的磁场――电枢反应 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，简称电枢磁场，而电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。具体分析如下： 当电机带上负载后，电枢绕组中有电流通过，电枢电流将产生电枢磁动势，此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁动势的出现，使气隙磁场发生畸变，即电枢反应。在直流电机中，不论电枢绕组是哪种型式，各支路电流都是通过电刷引入获引出，因此电刷是电枢表面上电流分布的分界线。电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。 一、交轴电枢磁势Faq 电枢磁场如左图，若电枢上半周的电流为流出， 下半周为流入，根据右手螺旋定则，该电枢磁动 势建立的磁场如虚线所示。从图可见，电枢磁动 势的轴线总是与电刷轴线重合。与主极轴线正交的轴线通常称为交轴，与主极轴线重合的轴线称为直轴；所以当电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势时交轴电枢磁动势。 左图是直流电机电流分布和电枢磁场情况示意图，为便于分析让其展开成右图。 设直轴线上与电枢外圆的交点为0点，在距0点的 x 处作一闭
合磁力线回路。 据安培回路定律研究该闭路，该闭路可包围的总电流数即为总磁势Fa：因为设 A 是沿电枢表面周长方向单位长度上的安培导体数： Zaia A=-------（安培导体数/cm) ∏Da 式中： Za――电枢绕组的总导体数； D――电枢外径； ia――电枢电流。 则闭路总磁势为Fa＝2xA ，略去铁内磁阻则每个气隙所消耗的磁势为Faq＝A×x。
交轴电枢磁势Faq（x）的分布为呈三角波（略去齿槽影响时），则电枢磁密的分布波形是――"马鞍形"波。如上右图ba（x）。 二、直轴电枢磁势Fad 如下图此图当电刷不在几何中线时，设移过一个小角度β，除了交轴电枢磁动势外，还会产生直轴电枢磁动势。 电枢磁势分解成两个分量Faq和Fad 即Fa＝Fad＋Fad 三、直轴电枢反应 若电机为发电机时，电刷顺转向移动β角。直轴 电枢反应仅存在于电刷不与几何中线处导体接触 时，此时也存在交轴电枢反应（以后分析），现
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：
同步电机电枢反应 磁场分析 一．课题内容 通过电磁场仿真计算明确同步电机电枢反应概念，仿真，分析和理解在同步电机定子电流为交轴，直轴去磁，直轴助磁情况下电机磁场的
分布情况，并重点分析气隙磁场的分布波形以及电枢反应对磁场大小的影响，总结电机电枢反应的规律。 二．课题背景 在同步电机中，电枢反应既是学习的难点也是重点。当同步电机作为发电机运行时，在空载时只有励磁绕组通有电流，主极磁场为直轴磁场，对称分布。若带三相对称负载，电枢绕组中通过三相对称电流时，会产生相应的电枢磁场。气隙内的磁场由电枢磁场和主极磁场合成。电枢反应的性质取决于电枢磁场和主磁场在空间的相对位置，其变化情况较为复杂，因此，利用仿真软件对同步电机的电枢反应进行分析，有利于加深对电枢反应的理解，并熟练掌握不同的情况下电机内磁场的分布规律。 三．探究方式 利用Maxwell 电磁场数值计算软件，建立两极同步电机的二维模型。通过改变定转子绕组电流，利用软件自带的作图系统，分布绘制电枢磁场分布，气隙磁场分布等图，对比分析得出同步电机磁场分布以及电枢反应影响的规律。 探究步骤 1单独给转子绕组通电流进行电磁场计算，画出空载时磁力线分布图和气隙磁场的磁密分布波形； 2单独定子绕组通交轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子绕组通电流，观察交轴电枢反应时磁场的扭斜情况，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；
3单独定子绕组通去磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子通电流，画出磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场是否减小，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形； 4单独定子绕组通助磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。同时给转子绕组电流，画出电枢磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场的变化，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形； 5比较上述几种情况下的磁力线分布和气隙磁密分布波形，对照电枢电流情况总结同步电机电枢反应规律。 6根据上述结果，分析当发电机负载为阻感性负载时，电枢反应情况.并自己设定电枢电流数值，计算此种情况下的气隙合成磁场分布，画出磁力线图，气隙磁密分布图，比较计算结果与理论分析结果是否相符。 四．仿真结果 交轴电流，去磁直轴电流，助磁直轴电流三种情况下，在所建模型中每相电流的数值如下：（取转子电流1000A定子最大200A） I A I B I C 交轴100 -200 100 直轴去磁173 0 -173 直轴助磁-173 0 173 1.单独给转子绕组通电流 空载时磁力线分布图如下
微特电机课程论文超声波电动机 学院: 专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期：
摘要：超声波电机是一个机电耦合系统，涉及到振动学、摩擦学、材料学、电力电子技术、自动控制技术和实验技术等。超声波电动机利用压电材料的逆压电特性，激发电机定子的机械振动，通过定转子之间的摩擦力，将电能转换为机械能输出，驱动转子的定向运动。与传统电机相比，它具有体积小、低速大转矩、反应速度快、不受磁场影响、保持力矩大等优点，是一项跨学科的高新技术。近几年来超声波电动机已成为国内外在微型电机方面的研究热点。超声波电机（Ultrasonic Motor，简称USM）是20世纪80年代中期发展起来的一种全新概念的新型驱动装置。 超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应——在交变电场作用下，陶瓷会产生伸缩的现象——直接将电能转变成机械能，这种电机的工作频率一般在20kHz以上，故称为压电超声波电机。 超声波电动机的不同命名：如振动电动机(Vibration Motor)、压电电动机(Piezoelectric Motor)、表面波电动机(Surface Wave Motor)、压电超声波电动机(Piezoelectric Ultrasonic Motor)、超声波压电驱动器/执行器(Ultrasonic piezoelectric actuator)等等。 关键字：超声波电机、逆压电效应、机械振动、高新技术。 0引言 超声波电动机的概念出现于1948年，英国的Williams和Brown申请了“压电电动机(Piezoelectric Motor)”的专利，提出了将振动能作为驱动力的设想，然而由于当时理论与技术的局限，有效的驱动装置未能得以实现。1961年，Bulova Watch Ltd．公司首次利用弹性体振动来驱动钟表齿轮，工作频率为360Hz，这种钟表走时准确，每月的误差只有一分钟，打破了那个时代的纪录，引起了轰动。前苏联学者V. V. Lavrinenko 于1964年设计了第一台压电旋转电机，此后前苏联在超声波电机研究领域一度处于世界领先水平，如设计了用于微型机器人的有2 或3 个自由度的超声波电机、人工超声肌肉及超声步进电机等。不过，由于语言等方面的原因, 前苏联的一些重要研究成果并未被西方科学界所充分了解。1969 年，英国Salfod 大学的两名教授介绍了一种伺服压电电机，这种电机采用二片式压电体结构，其速度、运动形式和方向都可以任意变化，响应速度也是传统结构电机所不能及的。美国IBM 公司的Barth 也在1973 年提出了一种超声波电动机的模型，从而使这种新型电机可以实现真正意义上的工作。 1978年，前苏联的Vasiliev成功地构造了一种能够驱动较大负载的压电超声波电动机，这种电机使用由位于两个金属块之间的压电元件所组成的超声换能器，将该换能器激起与转子接触的振动片纵向振动，通过振动片与转子间的摩擦来驱动转子转动。这种结构的优点在于不仅能降低共振频率，而且能放大振幅，遗憾的是，这种电机在运转时由于温度的升高、摩擦及磨损等原因，很难保持振动片的恒幅振动。 1982年，Sashida又提出并制造了另一台超声波电动机——行波型超声波电动机，从原来的由驻波定点、定期推动转子变换成由行波连续不断地推动转子，大大地降低了定子与转子接触面上的摩擦和磨损。这种电机能够运转的实质就是定子表面的质点形成了椭圆运动。之后，在日本掀起了利用各种振动模态的研究热潮，如利用纵向、弯曲、扭转等振动来获得椭圆运动。这种电机的研究成功，为超声波电动机走向实用阶段奠定了基础。1987年，行波超声波电动机终于达到了商业应用水平。此后许多超声波电动机新产品不断地研制出来并推向市场。
2009-06-02 18:58 by:有限元来源:广州有道有限元ANSYS软件是世界上著名的大型通用有限元分析计算软件，具有强大的求解器和后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个良好的工作平台，更使我们从繁琐单调的常规有限元分析计算中解脱出来。 无轴承异步电机是在普通电机的定子中再嵌入悬浮控制绕组，通过悬浮绕组磁场对原有绕组磁场的作用，改变了气隙磁场的对称分布，将在转子上产生可控磁悬浮力，实现了转子的悬浮运行。因此，讨论无轴承电机的运行机理，必须从分析电机中的电磁力着手。无轴承异步电机中转子受到了洛仑兹力和麦克斯韦力两种不同的电磁力。计算的方法通常有等效磁路法、近似解析法、位势磁通法和有限元法。在磁场分布和变化比较复杂且非线性严重的情况下，有限元法精度最高，而使用ANSYS软件既保证了有限元分析的高精度，又大大降低了计算量。本文所讨论的无轴承异步电机具有非线性饱和磁路，磁场变化复杂。因此，非常适合用ANSYS进行分析。 1 A NSYS软件简介 ANSYS软件有以下特点：使用方便、涉及面广、易学易用，高效方便的绘图功能，灵活多样的剖分网格形状，疏密程度，多种可选择的迭代求解器，强大的后处理功能。 1．1 A NSYS电磁场分析 ANSYS程序可用来分析电磁场多方面问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力等。可有效地分析多种设备，如发电机、电动机、螺线管传动器、开关等。 ANSYS程序提供了丰富的线性和非线性材料的表达方式，包括各向同性或正交各向异性的线性磁导率，材料的B．H曲线和永磁体的退磁曲线。后处理功能允许用户显示磁力线、磁通密度和磁场强度并进行力、力矩、源输入能量、端电压和其它参数的计算。 1．2 A NSYS软件的分析计算步骤 (1)创建无轴承异步电机有限元分析模型； (2)定义和分配材料，网格剖分； (3)施加边界条件和载荷，并求解； (4)查看并保存计算结果。 2 A NSYS分析无轴承异步电机的实例 为了进一步详细i兑明ANsYs软件在无轴承异步电机电磁分析中的应用，无轴承异步电机采用48齿三相2对极结构，集中式绕组，以额定功率为120w，额定电压380V，额定转速为3000r/min的无轴承异步电机为例： 定子外半径475mm 气隙0．5mm 定子内半经260mm 定子槽数48
电机控制器发展现状及研究意义 一、盘式永磁电机的发展情况及研究现状 盘式电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，所以又被称为轴向磁场电机。法拉第发明的世界上第一台电机就是轴向磁场电机，但是由于它的定、转子之间存在轴向磁吸力以及制造复杂等缺点，使得盘式电机未能得到进一步的发展，而被以后发展起来的常规电机又称为径向磁场电机所取代，可是常规电机也并非十全十美，由于齿根部存在“瓶颈”现象，致使电机的散热、铁心利用率低等问题一直困扰着电机工程人员，而这些问题只有从结构上进行彻底的变化才能解决，于是20世纪40年代起，轴向磁场电机又重新受到了电机界的重视。实际的研究结果表明，轴向磁场电机不仅具有较高的功率密度，而且在一些特殊应用场合，它还具有明显的优越性。（吴畏，许锦兴，林金铭.盘式永磁同步电动机及其发展.电工技术杂志，1990，2:10~13.） 随着数控机床、工业机器人、机械手、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起和特殊应用如雷达、卫星天线等跟踪系统的需要，人们对伺服驱动电机小型化、薄型化、低噪声的呼声愈来愈高，对电机的结构和体积也提出了更高的要求。世界上一些先进的工业国家从20世纪80年代初期起，就已经开始研制盘式永磁电机。由于它结合了永磁电机和盘式电机的优点，使得该类电机既具有永磁电机结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高的优点，又同时具有盘式电机轴向尺寸短、结构紧凑、硅钢片利用率高、工艺简单、功率密度高、转动惯量小的特点，因此，该类电机在国内外迅速地得到了广泛应用。目前在不同种类、不同结构的盘式永磁电机中尤以盘式永磁直流电动机、盘式永磁同步电动机和盘式无刷直流电动机应用最为广泛。 上世纪70年代初期，盘式电机首先以直流电机的形式应用于电车、水泵、吊扇和家用电器等场合。1973年，英国的Keiper F率先指出了盘式轴向磁场结构的优越性，从而引起了电机界的极大兴趣，从70年代末期起，人们开始将盘式电机研究的方向转向盘式永磁同步电机。1978年，意大利比萨大学的Bramanti A 教授首次提出了制造轴向气隙同步电动机的几种方法，探讨论了轴向磁场同步电机的特性，并且制造论文一台双定子单隐极转子的实验样机。1979年，联邦德国布伦瑞克大学的Weh H教授给出了双转子单定子盘式永磁同步电机电磁场的计算的解析法，并导出了电机的稳态、瞬态参数和特性方程。1985年，美国弗吉尼亚理工大学的Krishnan R教授对伺服驱动用的盘式永磁同步电动机进行了全面的介绍，通过对各种径、轴向磁场电机的性能进行比较，展现了盘式永磁同步电机的优越性。（Krishnan R，Beutler A J.Performance and design of an axial field permanent magnet synchronous motor servo drive.IEEE Industry Applications Annual Meeting，1985:634~640.）2001年，Metin Aydin和Surong Hung对环形有槽和无槽盘式永磁电机进行了深入的研究并推导出了用于环形盘式永磁同步电机的方程（Aydin M，Hung S，Thomas A.Design and 3D electromagnetic field analysis of non-slotted and slotted TO-RUS type axial flux surface mounted permanent magnet disc machines.IEEE Electric Machines and Drives Conference，2001:645~651）。2004年，意大利的Federico Caricchi，Fabio Giulii Capponi等对盘式永磁电机的空载损耗和脉动转矩通过试验和磁场分析的方法进行了深入地研究。（Caricchi F，Capponi F G，Crescimbini F，et al.Experimental study on reducing cogging torque and no load power loss in axial-flux permanent magnet machines with slotted winding.IEEE Transactions on Industry Applications，2004，40(4):1066~1075.）随着市场的需要和设计研究辅助工具的提高，近几年来，国外又涌现出了许多新型的盘式永磁电机。 图1-1所示为Briggs和Stratton研制的一种新型盘式永磁直流电动机(Etek)，该电机利用铜条代替了传统电机中的铜制导线，与产生相同电磁转矩的传统绕线式直流电机相比，该
同步电机
第八章同步电机 8.1 同步电机原理和结构 1．同步发电机原理简述 （1）结构模型： 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。最常用的转场式同步电机的定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁 磁场（也称主磁场、转子磁场）。除了 转场式同步电机外，还有转枢式同步发 电机，其磁极安装于定子上，而交流绕 组分布于转子表面的槽内，这种同步电 机的转子充当了电枢。图8-1-1给出了 典型的转场式同步发电机的结构模型。 图中用AX、BY，CZ 共3个在空间错 开120°电角度分布的线圈代表三相对称 交流绕组。 （2）工作原理 同步电机电枢绕组是三相对称交流绕 图8-1-1 同步电机结构模型 组，当原动拖动转子旋转时，通入三相对 称电流后，会产生高速旋转磁场，随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为， E0＝4.44f NФf k w （8-1-1） 式中f——电源频率；Фf——每极平均磁通； N——绕组总导体数；k w——绕组系数； E0是由励磁绕组产生的磁通Фf在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势（也称主电势、空载电势、转子电势）。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了三相绕组中的感应电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
同步电机习题与答案 6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？[答案见后] 6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？ [答案见后] 6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？ [答案见后] 6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗 X aq？ [答案见后] 6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95n N，对试验结果有什么影响？ [答案见后] 6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流I fN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者X d取不饱和值而后者取饱和值？为什么X q一般总是采用不饱和值？ [答案见后] 6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？ [答案见后] 6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？
[答案见后] 6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？ [答案见后] 6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。[答案见后] 6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？ [答案见后] 6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？ [答案见后] 6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式 [答案见后] 6.14 试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X′d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？ [答案见后] 6.15 有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为X*t＝2.13。电枢电
forlink原创，转载请注明。 交直轴电感，是同步电机分析和控制所必须的重要参数。关于如何计算，只要是电磁场有限元和电机方面的论坛，都有相关的讨论。遗憾的是大都停留在泛泛层面，鲜有具体阐述。 授人以鱼，不若授人以渔。本帖拟从电感矩阵变换的角度出发，从原理上对此问题讲清楚，并给出具体操作流程。 一、基本流程 1、参考方向（reference direction）
图1 电机参考方向的定义 2、冻结磁导率（frozen permeability）对于线性材料来说，它的磁导率是一个常数，不存在冻结磁导率（frozen permeability）之说，也不存在饱和之说；但对于电机里面的铁磁材料而言，不同电流下，铁磁材料的磁导率是不同的，因此电感参数也不一样；实际计算电感时，要考虑电机额定运行工况时的饱和程度，计算出来的电感才有实际意义。这只有通过冻结磁导率的办法，才能实现。 冻结磁导率具体步骤如下： （1）、计算额定工况饱和程度。此时的激励包括额定电枢绕组电流、额定励磁绕组电流，铁磁材料为非线性磁化曲线，方程为非线性方程；
（2）、在（1）中的非线性方程迭代求解结束后，计算各个单元的磁导率，并冻结各个单元的磁导率（frozen permeability），此时磁导率为常数； （3）、去掉（1）中所加的所有激励，将电机铁磁材料的非线性磁化曲线更换为（2）中保存各个单元的磁导率，此时电机电机电感与电流无关；然后分别给每个绕组施加1A的电流，计算磁场，此时的方程为线性方程； （4）、计算（3）中能量，再依据能量法计算电感。Ansoft maxwell计算电感矩阵时，是会自动冻结磁导率和考虑饱和影响的，没必要手动冻结磁导率。当然我们也可以依照上述四步，手动冻结磁导率，然后计算电感，两种方法结果是完全一样的。 3、电流的加载（excitation）
第六章 同步电机 一、填空 1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。 答 交轴 2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。 答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致 3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出 ，产生 电枢反应。 答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁 4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和 空间夹角。 答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 增加 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 答 减小 7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。 答 δsin2)X 1X 1( mU d q 2 - 二、选择 1. 同步发电机的额定功率指（ ）。 A 转轴上输入的机械功率； B 转轴上输出的机械功率； C 电枢端口输入的电功率； D 电枢端口输出的电功率。 答 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，则其电枢反应的性质为（ ）。 A 交轴电枢反应； B 直轴去磁电枢反应； C 直轴去磁与交轴电枢反应； D 直轴增磁与交轴电枢反应。 答 C 3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 A 漏阻抗较大； B 短路电流产生去磁作用较强； C 电枢反应产生增磁作用； D 同步电抗较大。 答 B
4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。 A q aq d ad X X X X X >>>>σ； B σX X X X X q aq d ad >>>>； C σX X X X X ad d aq q >>>>； D σX X X X X aq q ad d >>>>。 答 D 5. 同步补偿机的作用是（ ）。 A 补偿电网电力不足； B 改善电网功率因数； C 作为用户的备用电源； D 作为同步发电机的励磁电源。 答 B 三、判断 1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零 。 （ ） 答 错 2. 同步发电机的功率因数总是滞后的 。 （ ） 答 错 3. 一并联在无穷大电网上的同步电机，要想增加发电机的输出功率，必须增加原动机的输入功率，因此原动机输入功率越大越好 。 （ ） 答 错 4. 改变同步发电机的励磁电流，只能调节无功功率。 （ ） 答 错 5. ★同步发电机静态过载能力与短路比成正比，因此短路比越大，静态稳定性越好。（ ） 答 错 6. ★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。 （ ） 答 错 7. ★同步发电机的短路特性曲线与其空载特性曲线相似。 （ ） 答 错 8. 同步发电机的稳态短路电流很大。 （ ） 答 错 9. 利用空载特性和短路特性可以测定同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。（ ） 答 错 10. ★凸极同步电机中直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反应电抗。 （ ） 答 对 11. 与直流电机相同，在同步电机中，U E >还是U E <是判断电机作为发电机还是电动机运行的依据之一。 （ ） 答 错 12. ★在同步发电机中，当励磁电动势0 E &与I &电枢电流同相时，其电枢反应的性质为直轴电枢反应 。 （ ） 答 错 四、简答 1. ★测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降至0.951n ，对试验结果有什么影
中图分类号:T M 36+1 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2009)11-0052-08 永磁无刷直流电机电枢反应综述与分析 谭建成 (中国电器科学研究院,广州 510300) 摘 要:就电枢反应对永磁无刷直流电动机性能的影响进行归纳和分析,指出一些值得商榷的地方,如采用基于电枢反应磁势分布图方法分析电枢反应对气隙磁场的影响,与将基于电枢反应磁势分解为直轴和交轴分量的传统分析方法相比,可得到更直观的理解和更准确的认识。电枢反应影响程度大小的关键是转子磁路结构。最后讨论了分数槽集中绕组无刷电机电枢反应的特殊问题。 关键词:无刷直流电动机;电枢反应;去磁效应;磁势谐波;转子涡流损耗 S u mm a r y a n dA n a l y s i s o n t h e A r m a t u r e R e a c t i o n o f P e r m a n e n t Ma g n e t B r u s h l e s s D Cm o t o r T A NJ i a n -c h e n g (C h i n a E l e c t r i c a l A p p a r a t u s R e s e a r c h I n s t i t u t e ,G u a n g z h o u 510300,C h i n a ) A b s t r a c t :S u m m a r i z e d a n d a n a l y s e d o n t h e a r m a t u r e r e a c t i o n o f t h e p e r m a n e n t m a g n e t b r u s h l e s s D C m o -t o r ,a n d d i s c u s e d s o m e q u e s t i o n s a b o u t a r m a t u r e r e a c f i o n o f P e r m a r e n t m a g n e t b r u s h l e s s D Cm o t o r .K e y Wo r d s : B r u s h l e s s D Cm o t o r ;A r m a t u r e r e a c t i o n ;M M Fh a r m o n i c ;D e m a g n e t i z i n g e f f e c t ;E d d y -c u r r e n t l o s s 收稿日期:2009-09-290 引 言 永磁电机气隙磁场是由永磁磁势和电枢绕组磁势共同作用产生的。电机负载运行时电枢电流产生的磁势对气隙磁场的影响称为电枢反应。对有刷直流电机,其电枢反应磁场与主磁极磁场是正交的。电枢磁场使主磁极磁场发生歪扭。电动机状态时的电机极前端磁场加强,极后端磁场消弱,并且消弱和加强的磁动势基本相等。由于磁路饱和的影响,结果使主磁极总磁通有所消弱,并且负载越大,磁路越饱和,去磁作用越明显。电枢反应不仅对主磁极磁场有去磁作用,还引起主磁极磁通歪扭,使磁极物理中性面处磁场不再为零,给换向带来不利因素。而对永磁无刷直流电动机,毕竟其运行机理和结构不同,其电枢反应除与磁路结构及饱和程度有关外,还与电枢绕组形式、导通方式和状态角的大小等因素有关。而且,如下面分析可以看到,在一个状态角不同时刻电枢反应磁场和永磁磁场空间相对关系不是固定的,也和有刷直流电动机情况不同,所以无 刷直流电动机的电枢反应同有刷直流电动机的有区别。无刷直流电动机磁路设计时,如果还按有刷直流电动机那样考虑电枢反应来确定永磁体负载工作点,将会引起较大误差。有相当数量的文献就永磁无刷直流电动机的电枢反应对气隙磁通、感应电势、电磁转矩波动和正常换相的影响进行了研究。本文对此进行归纳和分析,并指出一些值得商榷的地方。 1 电枢反应磁势分解为直轴和交轴分量的分析方法 不少文献采用将电枢反应磁势分解为直轴分量和交轴分量的传统方法分析无刷直流电动机电枢反应的影响。为分析方便,先观察采用星形接法、整数槽绕组、三相六状态换相方式的两极内转子结构电机,如图1所示。这种接法的特点是每一工作周期有6个状态,每个状态占60°电角度。当电机转子逆时针方向旋转时,图1分别为一个状态的初始点、中间点和最终点时刻永磁转子的位置和电枢反应磁势的分解图。图中,F r 表示永磁磁势;每一状态有两相绕组串联导通(这里是A 相和B 相导通),电流I 产生的电枢反应磁势以F a 表 · 52·
伺服电机 “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动;当控制信号发出时，转子立即转动;当控制信号消失时，转子能即时停转。 伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 一、伺服电机的分类 伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类。 1、交流伺服电机 交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机(异步电机)相似。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。 交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格(要求分别小于10%～15%和小于15%～25%)等特点。 2、直流伺服电机 直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。 二、伺服电机的优缺点 1、直流伺服电机的优缺点 优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。 缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)。 2、交流伺服电机的优缺点 优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制(取决于编码器精度)，额定运行区域内，可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护(适用于无尘、易爆环境)。 缺点：控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线。