永磁材料及其应用.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流永磁材料及其应用.精品文档.永磁材料及其应用摘要电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机组还可分为永磁发电机和励磁发电机,永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分。永磁式发电机结构简单,转子磁场大,无励磁绕组,无碳刷,无滑环,气隙大,无触点,整机唯一磨损部位是轴承。提高了产品可靠性,不用外接调节器,
2、导磁体材料间距采用优化设计,减少了漏磁,使发电机怠速性能好,出电路足。永磁电机的结构特点之一就是磁极由永磁材料组成。永磁材料磁性能的优劣,将直接影响永磁电机的磁路尺寸、电机体积及其功能指标和运行特性。 以下主要介绍永磁材料的性质及其应用。关键词:永磁电机、永磁材料、磁化曲线发电机简介将机械能转变成电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。小型发电机也有风车或其他机械经齿轮或皮带驱动的。 发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。
3、异步发电机由于没有独立的励磁绕组,其结构简单,操作方便,但是不能向负载提供无功功率,而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联,或者并接相当数量的电容器。这限制了异步发电机的应用范围,只能较多地应用于小型自动化水电站。城市电车、电解、电化学等行业所用的直流电源,在20世纪50年代以前多采用直流发电机。但是直流发电机有换向器,结构复杂,制造费时,价格较贵,且易出故障,维护困难,效率也不如交流发电机。故大功率可控整流器问世以来,有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发电机的趋势。 同步发电机按所用原动机的不同分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机
4、3种。它们结构上的共同点是除了小型电机有用永久磁铁产生磁场以外,一般的磁场都是由通直流电的励磁线圈产生,而且励磁线圈放在转子上,电枢绕组放在定子上。因为励磁线圈的电压较低,功率较小,又只有两个出线头,容易通过滑环引出;而电枢绕组电压较高,功率又大,多用三相绕组,有3个或4个引出头,放在定子上比较方便。发电机的电枢(定子)铁心用硅钢片叠成,以减少铁耗。转子铁心由于通过的磁通不变,可以用整体的钢块制成。在大型电机中,由于转子承受着强大的离心力,制造转子的材料必须选用优质钢材。 v 发电机 v 1. 概述 v 电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、
5、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛的用途。 v 发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此,其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。 v 发电机的分类可归纳如下: v 发电机 直流发电机、交流发电机 同步发电机、异步发电机(很少采用) v 交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。 v 发电机组还可分为永磁发电机和励磁发电机,永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它
6、的励磁磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流;而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出励磁电机v 励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流;而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势,也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器(装置)两大部分组成。v 其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分,而励磁调节器则
7、是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份,它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的主要作用有:1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流,以维持机端电压为给定值;2)控制并列运行各发电机间无功功率分配;3)提高发电机并列运行的静态稳定性;4)提高发电机并列运行的暂态稳定性;5)在发电机内部出现故障时,进行灭磁,以减小故障损失程度;6)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。永磁电机v 1、永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕
8、组、碳刷、滑环结构,整机结构简单,避免了励磁绕组易烧毁、断线,碳刷、滑环结构,整机结构简单,避免了励磁式发电机励磁式发电机励磁绕组易烧毁、断线,碳刷、滑环易磨损等故障,可靠性大为提高。 v 2 、体积小、重量轻、比功率大 ,永磁转子结构的采用,使得发电机内部结构设计排列得很紧凑,体积、重量大为减少。永磁转子结构的简化,还使得转子转动惯量减少,实用转速增加,比功率(即功率、体积之比例)达到一个很高的值。 v 3、 中、低速发电性能好 ,功率等级相同的情况下,怠速时,永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍,也就是说,永磁式发电机的实际等功率等级的励磁式发电机。 v 4 、能显着地延长蓄寿命缩
9、短。永磁式发电机的开头式整流输出对采用小电流脉冲充电,相同的充电电流充电效果更好,从而延长蓄电池的使用寿命。 v 5 、效率高 ,永磁式发电机是一种节能产品。永磁转子结构免去了产生转子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗,使得永磁式发电机效率大为提高。普通励磁式发电机在1500转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45%至55%,而永磁式发电机则可高达75%至80%。 v 6 、采用自启动式稳压器 ,无需外加励磁电源。发电机只要一旋转就能发电。当蓄电池损坏时,只要发动机处于运行状态,汽车充电系统仍可工常工作。如汽车没有蓄电池,只要摇转手把或溜车,也可实现点火运行。 v
10、7 、特别适合于在潮湿或灰尘多的恶劣环境下工作 v 8 、无无线电干扰 ,永磁发电机无碳刷、无滑环的结构,消除了碳刷与滑环磨擦产生的无线电干扰;消除了电火花,特别适合于爆炸性危险程度较大的环境下工作,也降低了发电机对环境温度的要求。 励磁发电机与永磁发电机的比较v 输出区别:v 1.初始电动势的提供方式不同v 励磁发电机在启动时候要有个初始电动势让励磁线圈产生磁场。靠外界电源或者是永磁体使发电机组产生的小电动势来提供电动势,工作正常后就靠自身输出的电压工作。而永磁式发电机组则依靠永磁体提供初始电动势。 v 2.磁场强度不同v 励磁发电机可以通过改变励磁线圈的电流来改变励磁磁场。而且磁场强度可以
11、很大且可控。而永磁式发电机组则容易出现磁场包容现象。v 性能比较: v 励磁式发电机,怠速发电性能差,电瓶容易放完电;发电机转速在1500-6000转/分区间效率只有40%-50%,效率低,因转子存在励磁线圈,整机温升高;励磁式发电机还极易出现碳刷、滑环损坏等问题。 永磁式发电机:永磁式发电机结构简单,转子磁场大,无励磁绕组,无碳刷,无滑环,气隙大,无触点,整机唯一磨损部位是轴承。提高了产品可靠性,不用外接调节器,导磁体材料间距采用优化设计,减少了漏磁,使发电机怠速性能好,出电路足。永磁电机主要结构材料v 永磁电机的结构特点之一就是磁极由永磁材料组成。 v 永磁材料磁性能的优劣,将直接影响永磁
12、电机的磁路尺寸、电机体积及其功能指标和运行特性。 永磁材料特性一、磁化曲线 在非铁磁材料中,磁通密度B与磁场强度H成正比,即 B = 0 H (1-1) 式中,0 真空磁导率。0 = 4 10 -7 Hm 亨米 ,B与H呈线性关系。 铁磁材料的磁通密度(即磁感应强度) B与磁场强度H呈非线性关系,即B =f (H)是一条曲线,称磁化曲线,如下图所示。v 铁磁材料的磁化曲线可以通过试验测得。 试验可见,将一块尚未磁化的铁磁 v 材料进行磁化,H由零上升到某一最大 v 值Hm时, B值是沿着磁化曲线0 a上 v 升至a点,对应的磁通密度最大值为Bm。 v 如右图所示。 曲线0 a称为起始磁化曲线由
13、右图可见,B的变化滞后于H的变化。 当H下降为零时,B值不为零而为某一 数值Br,这种现象称磁滞性,Br称作剩余磁 感应强度(即剩磁磁密),单位为T(特斯拉)。要使B值由Br减至0值,必须加上一个 相应的反向外磁场,该反向磁场强度称为矫顽力,以Hc表示,单位为A/m(安/米),如图中c点所示。 Br和Hc是铁磁材料的两个重要参数。对于同一铁磁材料,以不同的磁场强度Hm 分别进行多次反复磁化,可得到多个大小不等 的磁滞回线,如右图所示。 将各磁滞回线的顶点连接起来,所得的一条 曲线称为基本磁化曲线或称平均磁化曲线。 二、永磁材料的去(退)磁曲线和主要参数1永磁材料的去(退)磁曲线 图中,在第二象
14、限的bc段称为去磁曲线。 它表示永磁材料被完全磁化后无外励磁时的 BH关系。 永磁材料在一般的应用中无外励磁,故去磁曲线是表示永磁材料特性的主要特性曲线,由于去(退)磁曲线中,永磁体的磁通密度 (即磁感应强度) Bm为正值,磁场强度为负值, 两者方向相反,磁通经过永磁体时,沿磁通方向的磁位差不是降落而是升高,即永磁体是个磁源(类似电路中的电源)。 同时可见:作用于永磁体的是一个退磁性质的磁场强度,磁场强度的绝对值|H|越大,磁感应强度B就越小。为表述方便,通常取H的绝对值,把H轴的正方向改变,即负轴改为正轴。2内禀去(退)磁曲线 (一)内禀磁感应强度Bi (又称磁极化强度J) 永磁材料在外磁场
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- 永磁 材料 及其 应用
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