永磁同步電機之永磁電機磁路計算基礎

    水磁電機與電勵磁電機的最大區(qū)別在于它的勵磁磁場是由永磁體產生的。永磁體在電機中既是磁源，又是磁路的組成部分。水磁體的磁性能不僅與生幸廠的制造工藝有關，還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關，具體性能數據的分散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。此外，永磁電機的磁路結構多種多樣，漏磁路十分復雜而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較飽和，磁導是非線性的。這些都增加了永磁電機電磁計算的復雜性，使計算結果的準確度低于電勵磁電機。

在永磁電機內部實際存在的是多種形式的三維交變電磁場，要想準確地弄清它在空間的分布情況和隨時間的變化規(guī)律，從而求出電機的動穩(wěn)態(tài)性能比較困難。隨著計算機技術和電磁場數值解法的迅速發(fā)展，目前在某些場合已開始用直接求解電磁場的方法來分析磁場分布和永磁電機的性能。這將在本書第4章進行介紹。

為了簡化分析計算，目前在許多工程間題中仍常采用“場化路”的方法，將空間實際存在的不均勻分布的磁場轉化成等效的多段磁路，并近似認為在每段磁路中磁通沿截面和長度均勻分布，將磁場的計算轉化為磁路的計算，然后用各種系數來進行修正，使各段磁路的磁位差等于磁場中對應點之間的磁位差。這樣可以大大減少計算所需的時間，在方案估算、初始方案設計和類似結構的方案比較時更為實用。在積累了一定的經驗，取得各種實際的修正系數后，其計算精度可以滿足工程實際的需要。

在水磁電機發(fā)展的早期，由于當時所用永磁材料的退磁曲線大多是曲線，磁路的解析求解比較困難，因而形成了以永磁體工作圖圖解法為主的磁路計算方法，近年來，由于新出現的稀土水磁和鐵氧體永磁的退磁曲線為直線或部分為直線，回復線與其直線段相重合，也由干計算機的普及應用，經過電機學術界的努力，逐步發(fā)展和形成了適于應用計算機求解的以等效磁路解析求解為主，用電磁場計算和實驗驗證得出的各種系數進行修正的一整套分析計算方法和計算機輔助設計軟件。本章在總結國內外關于永磁電機磁路計算理論和方法的基礎上，先從分析永磁體的模擬模型著手，導出兩種等效磁路；然后建立以標么值表示的解析算法和永磁體工作圖法；同時闡述與磁路計算有關的基本概念。這樣建立的磁路計算方法既適于用計算機求解，又概念清楚，與電磁場計算和實驗驗證相結合后還可大大提高計算精度。至于各種修正系數，則在后續(xù)各章中針對各種永磁電機分別予以介紹。

1永磁電機的等效磁路

1 . 1永磁體等效成磁通源或磁動勢源

為了便于分析研究，先從退磁曲線為直線、回復線與退磁曲線重合的稀土永磁材料的模擬著手，導出磁通源和磁動勢源兩種等效磁源，然后推廣應用到其他永磁材料。前面已介紹，在均勻磁性材料中，磁感應強度B 、磁化強度M和磁場強度H間的關系為。

進一步研究表明，永磁材料的磁化強度M Mr + ZH．式中Mr為剩余磁化強度，對于特定的永磁材料是個常量。 x為永磁材料的磁化系數，一般情況下是磁場強度的函數，與相對回復磁導率間存在的關系為躊一1 + x 。由此，上兩式變?yōu)?。因此，永磁體也可以等效成一個恒磁動勢源F與一個恒定的內磁導A 。相串聯(lián)的磁動勢源，如圖33所示。它與圖32所示的磁通源是等效的，二者可以互換。在應用時可以根據不同的使用場合，從方便出發(fā)進行選擇．