磁阻電機是結(jié)構(gòu)最簡單的電機,適合于惡劣環(huán)境條件下工作。磁阻電機有三種類型:步進電機、開關磁阻電機和雙凸極電機。
雙凸極電機既可發(fā)電工作,也可電動工作,亦可構(gòu)成起動發(fā)電機。本書是《雙凸極直流發(fā)電機結(jié)構(gòu)與原理》(2012年1月上海科學技術出版社出版)的姐妹篇。
近年來,北京某電機廠研制的18kW雙凸極無刷直流起動發(fā)電機已成功應用于某高空無人機,蘇州某科技公司的雙凸極直流發(fā)電機組已有系列產(chǎn)品,成功應用于增程式電動汽車,邁出了雙凸極電機工業(yè)應用的步伐,我們衷心感謝他們。
電勵磁雙凸極電動機是一種具有多個控制變量的調(diào)速電動機,為調(diào)速電機科技工作者和工程師們提供了廣闊的天地,本書的目的是拋磚引玉,愿更多的人員共同來研究這種電機,為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展添磚加瓦。
開關磁阻電機和雙凸極電機都屬于磁阻電機,結(jié)構(gòu)簡單,環(huán)境適應性好。開關磁阻電動機高速運行時的相電流峰值與有效值之比大,要求DC/AC變換器的電流容量大。多極低速異步電動機的功率因數(shù)較低。永磁同步電動機在低、中、高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有好的性能,但永磁體價格高,高溫工作有退磁風險,寬恒功率區(qū)的永磁電動機在高速區(qū)工作時萬一失去直軸電流會導致電機電壓過高的問題。這些因素為雙凸極調(diào)速電動機的發(fā)展提供了機遇。目前6/4、12/8結(jié)構(gòu)雙凸極電動機轉(zhuǎn)矩脈動較大,6/5、12/10結(jié)構(gòu)分布勵磁雙凸極電動機轉(zhuǎn)矩脈動明顯減小但勵磁損耗加大。著者寫作本書的又一個出發(fā)點是希望廣大電機工作者共同努力,改善雙凸極電動機的不足之處,讓其更好地為我國工農(nóng)業(yè)的發(fā)展服務。
本書撰寫過程中得到了南京航空航天大學電氣工程系同仁的支持和幫助,研究生王婷婷、陸美玲、王蘭鳳的研究工作豐富了本書的內(nèi)容,王寅博士提供了三相九狀態(tài)和六狀態(tài)的寶貴實驗數(shù)據(jù)。上?茖W技術出版社為本書的出版付出了大量心血,在此致以衷心的感謝。
由于作者水平有限,有不當和錯誤之處敬請讀者批評指正。
著者2017年10月
第1章概述1
1.1電動機調(diào)速系統(tǒng)的應用1
1.2直流電動機及其調(diào)速系統(tǒng)2
1.2.1直流電機的結(jié)構(gòu)2
1.2.2直流發(fā)電機4
1.2.3直流電動機6
1.2.4直流電動機調(diào)速技術的歷史7
1.2.5兩開關管直流電動機的調(diào)速原理8
1.2.6三開關管直流電動機的調(diào)速原理11
1.2.7五管直流電動機的調(diào)速原理14
1.2.8直流電動機的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)20
1.2.9永磁直流電動機22
1.2.10直流電動機的調(diào)速系統(tǒng)小結(jié)23
1.3無刷直流電動機23
1.3.1永磁材料和永磁電機23
1.3.2方波電機和無刷直流電動機24
1.3.3方波電機的氣隙磁感應、電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩32
1.3.4無刷直流電動機的工作原理33
1.3.5BLDCM的換相和換相提前38
1.3.6BLDCM的制動和反轉(zhuǎn)41
1.3.7BLDCM的雙閉環(huán)控制45
1.3.8高速無刷直流電動機46
1.4調(diào)速電動機的技術要求49
1.5本章小結(jié)51
第2章雙凸極電機的結(jié)構(gòu)和參數(shù)53
2.1磁阻電機和雙凸極電機53
2.2雙凸極電機的類型53
2.3雙凸極電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)57
2.4雙凸極電機的靜態(tài)參數(shù)59
2.5轉(zhuǎn)子極弧寬度與靜態(tài)參數(shù)67
2.6電勵磁雙凸極電機的數(shù)學模型69
2.7齒槽轉(zhuǎn)矩71
2.8本章小結(jié)74
第3章雙凸極電動機調(diào)速系統(tǒng)工作原理76
3.1雙凸極電動機的工作原理76
3.2三相三狀態(tài)控制77
3.2.1三相三狀態(tài)工作的換相過程77
3.2.2電磁轉(zhuǎn)矩和勵磁電流83
3.2.3電動工作的電樞反應84
3.2.4電動工作的相電流限制87
3.2.5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法90
3.3三相三狀態(tài)提前換相控制92
3.3.1提前換相控制的工作過程92
3.3.2提前換相控制時的電樞反應98
3.3.3第二種換相提前98
3.4三相六狀態(tài)控制103
3.4.1轉(zhuǎn)子極寬為120的電動機三相六狀態(tài)工作過程106
3.4.2轉(zhuǎn)子極寬為120的電動機三相六狀態(tài)控制時的電樞反應109
3.4.3轉(zhuǎn)子極寬大于120的電動機三相六狀態(tài)控制的工作過程109
3.5三相六狀態(tài)的提前角度控制111
3.5.1 控制的工作模態(tài)112
3.5.2三相六狀態(tài)換相提前控制的工作特性114
3.6三相九狀態(tài)控制118
3.6.1三相九狀態(tài)仿真分析119
3.6.2三相九狀態(tài)實驗驗證122
3.7單相工作方式124
3.8雙凸極電動機的過載能力132
3.9恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速139
3.10雙凸極電動機的制動146
3.10.1雙凸極電動機的制動方式146
3.10.2再生制動146
3.10.3反接制動151
3.11轉(zhuǎn)子靜止時的轉(zhuǎn)矩156
3.12電動機的正反轉(zhuǎn)運行169
3.13雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)170
3.14高速雙凸極電動機調(diào)速系統(tǒng)的主電路171
3.14.1高速電動機的參數(shù)171
3.14.2改善高速電動機可控性的方法173
3.14.3不加C2的變換器調(diào)速系統(tǒng)的工作174
3.15串勵和復勵176
3.15.1有換向器電動機的串勵結(jié)構(gòu)176
3.15.2直流發(fā)電機的復勵177
3.15.3電勵磁雙凸極直流發(fā)電機的復勵178
3.15.4電勵磁雙凸極電動機的復勵179
3.16本章小結(jié)181
第4章分布勵磁線圈雙凸極電機183
4.1DFDSM的結(jié)構(gòu)183
4.26/5結(jié)構(gòu)電機的空載磁場185
4.324/20結(jié)構(gòu)電機的靜態(tài)參數(shù)188
4.424/20發(fā)電機工作特性192
4.4.1交流發(fā)電空載特性192
4.4.2直流發(fā)電空載特性193
4.4.3直流發(fā)電機的外特性194
4.4.4直流發(fā)電機的短路特性197
4.524/20電機的雙通道發(fā)電工作197
4.5.1雙通道發(fā)電的工作電路197
4.5.2雙通道發(fā)電機的空載特性198
4.5.3雙通道發(fā)電機的外特性204
4.624/20電機的磁場定向控制調(diào)速系統(tǒng)208
4.6.1電動機的數(shù)學模型209
4.6.2調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖210
4.6.3坐標變換211
4.6.4SVPWM工作原理214
4.7分布勵磁線圈雙凸極電機的電動工作特性219
4.8本章小結(jié)223
第5章雙凸極起動發(fā)電機224
5.1直流起動發(fā)電機224
5.2變頻交流起動發(fā)電機226
5.3開關磁阻起動發(fā)電機231
5.4電勵磁雙凸極起動發(fā)電機235
5.4.1雙凸極電機的起動工作237
5.4.2雙凸極電機的二極管整流發(fā)電238
5.4.3雙凸極電機的可控整流發(fā)電242
5.5本章小結(jié)251
第6章低速和高速雙凸極電動機253
6.1低速雙凸極電動機253
6.1.124/16結(jié)構(gòu)雙凸極電動機253
6.1.2四種不同定轉(zhuǎn)子極數(shù)電機的比較262
6.1.348/32結(jié)構(gòu)電機定子極高的調(diào)整270
6.1.4降低電機體積重量的簡單方法273
6.1.5調(diào)速特性275
6.1.6本節(jié)小結(jié)276
6.212/10高速懸浮電機276
6.2.112/10電機的靜態(tài)參數(shù)和齒槽轉(zhuǎn)矩277
6.2.212/10電機的發(fā)電工作特性279
6.2.312/10電機的空載懸浮力279
6.2.4懸浮力的控制287
6.2.5發(fā)電工作對懸浮力的影響288
6.2.6電動工作對懸浮力的影響291
6.2.7本節(jié)小結(jié)293
6.3五相高速電機293
6.3.1不同槽極配合的五相高速電機294
6.3.2五相電機的靜態(tài)參數(shù)295
6.3.3發(fā)電工作電路和特性297
6.3.4五相電機的容錯特性300
6.3.5轉(zhuǎn)子極弧寬度對齒槽轉(zhuǎn)矩和發(fā)電工作特性的影響303
6.3.6電動工作的電路和特性305
6.4四相雙凸極電動機307
6.4.1四相雙凸極電動機調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成307
6.4.2四相雙凸極電動機308
6.4.3四相電機的電動運行310
6.4.4相繞組開路故障和容錯控制313
6.4.5相繞組短路故障和容錯運行317
6.4.6調(diào)速電動機的故障檢測322
6.5本章小結(jié)323
參考文獻324