CN1545188A - 混合励磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
涉及一种混合励磁同步电机，其构成是由永磁励磁同步电机和电励磁同步电机两部分组成，置于机壳(1)内，电励磁同步电机转子(4)上设有励磁绕组(5)，在转轴(8)上装有一对电刷(6)和滑环(7)，永磁励磁同步电机定子电枢绕组(10)与电励磁同步电机定子电枢绕组(3)串联连接。本混合励磁同步电机与现有技术相比，不存在轴向/径向磁路和附加气隙，漏磁小，电励磁效率高，便于电机结构优化设计，达到最佳节能效果。励磁电流可双向控制，适应宽的运行速度要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合励磁同步电机
背景技术
莫斯科航空学院巴拉古诺夫教授在1988年提出并联磁势混合励磁同步发电机的结构。定子和普通同步电机相同，转子分为两部分，一部分为永磁励磁，另一部分为电励磁。该电机特点：电励磁部分为爪极结构，附加气隙多，轴向磁路，漏磁大，电励磁功能受制约。
日本T.Mizuno博士等提出了轴向/径向磁路混合励磁同步发电机。该电机的定子电枢绕组为通常的三相对称绕组，定子铁心被定子环形直流励磁绕组分成两段，这两段铁心由其外的背轭(用于轴向导磁的机壳)在机械上和磁上连接；转子也分成两部分：N极端和S极端，每极端由同极性永磁极和铁心形成的中间极交错排列，且两端的N、S永磁极及中间极也交错排列。转子铁心及转轴间有一实心导磁套简(转子背轭)，用于转子的轴向导磁。该电机特点：附加气隙多，但为固定气隙；存在轴向/径向磁路，电机结构优化受约束。
美国威斯康星-麦迪逊大学的Lipo教授等提出了一种轴向磁场中间磁极混合励磁电机结构。它由二个开槽的环形定子铁芯(其中嵌有多相电枢绕组)、二个盘式转子、一个直流励磁绕组构成。在转子表面交错排列着永磁极和铁芯形成的中间极。这种电机由于采用了中间极，加上定、转子铁芯均被分为两段，附加气隙多，功率密度和材料利用率难以提高。
还有一种混合励磁双凸极电机，它是在双凸极永磁电机的基础上演变出来的，保留了双凸极永磁电机的全部优点。该电机可以通过控制励磁电流的方向和大小，调节气隙磁场。但电励磁回路穿越永磁体，电励磁效率低。
香港大学陈清泉、上海工业大学江建中教授等提出了一种爪极式混合励磁同步电机。该电机的外定子与普通电机的定子类似，槽中嵌有多相对称绕组，转子采用爪极结构，在相邻的两个爪极之间放置永磁体，在内定子上放有环形直流励磁绕组。由于直流励磁绕组置于由爪极的内、外单元所形成的区域内，空间利用率高，结构紧凑。但由于存在轴向磁路，电励磁效率低。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种不存在轴向/径向磁路和附加气隙，漏磁小，电励磁效率高，且便于电机结构的优化设计，达到最佳节能效果的混合励磁同步电机。
本发明的混合励磁同步电机的构成是在机壳内装有共转轴和具有相同转子极对数的永磁同步电机和电励磁同步电机，电励磁同步电机的转子上设有励磁绕组，在转轴上还设有一对电刷和一对滑环，永磁励磁同步电机和电励磁同步电机定子电枢绕组串联连接。
与现有技术相比，本混合励磁同步电机具有如下特点：
(1)根据应用场合，可以调整电励磁与永磁部分铁芯长度的比例。便于实现电机结构的优化设计，达到最佳的节能效果。
(2)励磁电流可以双向控制，可适应宽的运行速度要求。
(3)与现有的混合励磁电机相比，不存在轴向磁路和附加气隙，电励磁效率高。
附图说明
图1是混合励磁同步电机结构示意图。
图中标号名称：1、机壳；2、定子，3、电枢绕组；4、转子；5、励磁绕组；6、电刷；7、滑环；8、转轴；9、永磁体；10、电枢绕组。
具体实施方式
由图1可知，本发明的混合励磁同步电机的组成是，由左边的永磁励磁同步电机和右边的电励磁同步电机两部分组成。两部分电机装在同一转轴8上，具有相同的转子极对数，电励磁同步电机的转子4上设有励磁绕组5，在转轴8上还设有一对电刷6和一对滑环7，为励磁绕组提供励磁电源，永磁励磁同步电机定子上的电枢绕组10和电励磁同步电机定子上的电枢绕组3串联连接，两部分同步电机的定子铁芯叠片也具有相同的尺寸。
混合励磁同步电机的工作原理
混合励磁同步电机既可以作为发电机，也可以作为电动机。混合励磁同步发电机工作原理
同步电机具有电势表达式：e＝Ceφ·n (1)
对于混合励磁发电机，其气隙磁场由电励磁气隙磁场与永磁气隙磁场共同产生。
当混合励磁同步发电机的转速较低，而负载较大时，仅仅依靠永磁部分，发电机的电势将较小，不能维持一定的输出电压。这时，通过电刷和滑环向电励磁部分提供励磁电源，使电励磁磁场起到增强气隙磁场的作用。相当于式(1)中的φ得以增大，提高了发电机的电势，从而保证输出电压符合负载要求。
当混合励磁同步发电机的转速较高，而负载较小时，仅有永磁部分工作，发电机的电势将过大。这时，电励磁绕组的电流方向可以反向，使电励磁磁场起到削弱气隙磁场的作用，相当于式(1)中的φ得以减小，降低了发电机的电势，从而保证一定的输出电压。
混合励磁同步电动机工作原理
同步电动机的电磁转矩表达式为：
Te＝CTφ·I (2)
电动机中低速运行时，为了使电机的起动转矩达到最大，除了电源提供最大的电枢电流外，电励磁绕组也要通以电流，使励磁电流产生的磁场起到增强气隙磁场的作用。
电动机转速增加到一定数值后，若维持同样的励磁磁场，由于反电势的影响(见式(1))，电枢电流会电枢电流会逐渐下降，电动机的输入电功率会降低。这时，必须削弱励磁磁场，才能维持电枢电流不变，以使电机的转速可以达到很高的数值。对于混合励磁同步电动机，首先可以逐渐减小励磁电流(直至0)来满足削弱励磁磁场的要求；若转速进一步升高，电励磁绕组中的电流可以反向，从而使励磁磁场进一步减小，实现电动机宽的调速区间。
混合励磁同步电机的优点
(1)永磁体部分铁芯长度占的比例大，可以减小励磁功率，实现高效率运行。两者的比例不同，电机励磁调节范围不同。
(2)与常规永磁电机相比，由于电励磁电流可以正反向调节，发电机运行可输出恒定电压；电动机运行可以达到很宽的恒功率范围。而且电励磁绕组弱磁需要的电功率较常规永磁电机借电枢电流弱磁消耗的功率要小，有利于节约电能。
Claims (1)
1.一种混合励磁同步电机，其特征在于：在机壳(1)内装有共转轴和具有相同转子极对数的永磁励磁同步电机和电励磁同步电机，电励磁同步电机转子(4)上设有励磁绕组(5)，在转轴(8)还装有一对电刷(6)和一对滑环(7)，永磁励磁同步电机定子电枢绕组(10)与电励磁同步电机定子电枢绕组(3)串联连接。
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