三相永磁同步電機­—基于場路耗合的永磁無刷直流電動機電磁性能計算

一、基于場路藕合的永磁無刷直流電動機電磁性能計算方法根據(jù)以上分析可知，永磁無刷直流電動機的場路藕合模型可以準確計算電機內(nèi)的磁場分布、電機特性等。將其應用于永磁無刷直流電動機電磁設計，可得到基于場路藕合的永磁無刷直流電動機電磁性能計算方法，其設計計算流程如圖7一29所示。該方法可以較準確地考慮氣隙磁場分布、繞組電動勢波形和相繞組電流波形對電機特性參數(shù)的影響，使表面式永磁無刷直流電動機設計計算的準確性得到提高。該方法的主要特點如下：

( 1）采用氣隙磁場的解析方法求解每極下的氣隙磁場分布及大小，較準確地計及氣隙磁場分布波形對電機特性的影響；避免了傳統(tǒng)設計方法中漏磁系數(shù)、計算極弧系數(shù)的確定給每極磁通量和永磁體工作點計算帶來的偏差。

( 2）在氣隙磁場分布解析計算的基礎上，結合相繞組分布和具體連接方式進行繞組感應電動勢的計算，可以較準確地計算各種整數(shù)槽和分數(shù)槽繞組的感應電動勢。

( 3）結合電樞反應磁場解析計算和電機設計中槽漏感、端部漏感的計算方法，較準確地計算繞組的電感參數(shù)。

( 4）考慮了主電路拓撲結構、開關參數(shù)、電機相電動勢瞬時值和繞組換向位置角的影響，較準確地計算繞組電流和電磁轉(zhuǎn)矩。

二、特性分析計算

1．考慮鐵心飽和時的磁通計算

采用前述解析法可計算出忽略齒槽影響和鐵心磁壓降時的氣隙磁場，進而可求出轉(zhuǎn)子在某一位置角y處時的每極磁通：

2．飽和電感計算

當電樞繞組通電時，電樞繞組會在電機中產(chǎn)生如圖7一31所示的電樞反應磁場，根據(jù)電樞反應磁通路徑的不同，可將其分為三部分：①與定、轉(zhuǎn)子鐵心都交鏈的電樞反應磁通叭1；②槽漏磁通中心；③端部漏磁通叭3 。其中中心、叭3的磁通路徑主要為空氣，所以中a2 、么?？山普J為與鐵心飽和程度無關。而中a1與定、轉(zhuǎn)子鐵心同時交鏈，其大小受鐵心飽和程度的影響。

在不考慮鐵心飽和的情況下，由式( 7一48）可求得電樞反應磁場叭1在氣隙中的分布及大小。由于電機氣隙磁場中永磁磁場為主導分量，鐵心飽和主要與永磁磁場大小有關，可以用空載時的主磁路飽和系數(shù)分量進行修正，即。

3．相繞組感應電動勢的計算負載時，電樞相繞組感應電動勢為。

4．電流特性分析計算

永磁無刷直流電動機的電路拓撲結構如圖7一2所示。為便于分析，假定直流母線電壓u是常數(shù)，電機工作于兩相導通星形三相六狀態(tài)工作方式。由于各導通狀態(tài)下電路拓撲結構相同，所以只分析一個導通狀態(tài)過程中的電流特性就可以得到整個電機的電流特性。以a 、 b兩相導通時為例，開關VTI 、 VT6開通，Vl ) 1 、 VD6阻斷，直流母線電流與繞組電流有以下關系。

5．換向位置角對繞組電流的影響

電機相繞組電流是由電源電壓與繞組感應電動勢的差值產(chǎn)生的，若相繞組換向位置角月不同，則繞組導通期間對應的感應電動勢波形不同，相電流的大小和波形也不同，轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩都會有明顯變化。因此可以通過調(diào)整電樞繞組的換向位置角，實現(xiàn)電機的弱磁控制或改善電機的轉(zhuǎn)矩特性。在本節(jié)介紹的設計計算方法中，通過調(diào)整場路禍合模型中式（7一54）、式（7一56）、式( 7一58）的狀態(tài)切換時刻來考慮換向位置角的影響，可以分析計算任意換向位置角下的電流特性。對于表7一4中的樣機，取換向位置角分別為0o 、＋100（超前）和一100（滯后），對電機的電流特勝進行計算，結果如圖7一33所示?？梢钥闯?，換向位置角對繞組電流的影響較大。

三、計算實例

利用上述電磁計算方法對表7一4所示的22極21槽永磁無刷直流電動機進行校核計算，計算結果與實驗結果的對比如圖7一34所示。