三相永磁同步電機(jī)之永磁電機(jī)電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的特點(diǎn)

    2.1永磁體的面電流模型

永磁電機(jī)電磁場(chǎng)計(jì)算首先要建立水磁體的數(shù)學(xué)模型。電流與磁場(chǎng)的基本關(guān)系表明，任何磁場(chǎng)都可以認(rèn)為是由分布電流產(chǎn)生的．永磁體有兩種電流模擬方法：l）在永磁體區(qū)域內(nèi)充滿電流的模擬―體電流模擬；2）僅在永磁體邊界上存在電流的模擬―面電流模擬。經(jīng)預(yù)先磁化的永磁體，不但具有剩余磁化強(qiáng)度M，而且還能被外磁場(chǎng)磁化，其特性滿足：。式中H ―永磁體工作點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；B ―永磁體工作點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；M ' ―永磁體的感應(yīng)磁化強(qiáng)度．一般情況下是永磁體工作點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，即。上式既適用于各向同住材料．又適用于各向異性材料。區(qū)別在于：對(duì)于前者，尸r是一標(biāo)量；對(duì)于后者，尸r是一矢量對(duì)上式兩邊取旋度，并考慮永磁體內(nèi)無宏觀電流，則有。

    用體電流模擬永磁體，可以考慮水磁體各向異性的磁特性，可全面考慮整個(gè)磁場(chǎng)對(duì)永磁體磁狀態(tài)的影響和永磁體本身的磁特性，這與實(shí)際情況比較接近。但是，這種模型磁導(dǎo)率和體電流需在求解過程中逐步迭代確定，求解過程比較復(fù)雜，而且收斂的穩(wěn)定性較差。

    如果永磁體被均勻磁化，磁體內(nèi)部各點(diǎn)上的M的大小及方向都相同，永磁體內(nèi)的等效體電流密度為零，而在平行于M，的永磁體側(cè)面上，存在一層等效面電流．如圖45所示。這是由于永磁體與其以外區(qū)域的交界面上，M，出現(xiàn)不連續(xù)，麟的旋度不再為零。等效面電流可用面電流密度J．來表示。式中n ―永磁體側(cè)面外法向單位向量。用磁矢位描述場(chǎng)時(shí)，在模擬永磁體的等效面電流層與其他媒質(zhì)的交界線上，滿足以下交界條件：。

    其中，l為水磁材料的等效面電流層與其他材料的交界。內(nèi)部交界條件的處理，與普通的第二類邊界條件處理有所不同．第二類邊界條件僅與內(nèi)側(cè)單元有關(guān)，而內(nèi)部交界條件與兩側(cè)單元有關(guān)。通常有限元離散過程是按單元順序完成的，但在內(nèi)部交界面上一側(cè)的單元作用無法形成右端項(xiàng)，要由兩側(cè)單元才能確定。因此，要按下列方式處理內(nèi)部交界條件。如圖46所示，與交界面有關(guān)配項(xiàng)為。

2 .2永磁體平行充磁

和徑向充磁的模擬在永磁直流電機(jī)、表面式水磁同步電機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)中，瓦片形磁極應(yīng)用最廣，瓦片形磁極有平行充磁和徑向充磁兩種，如圖4-7所示。平行充磁時(shí)磁化方向平行于瓦片形磁體的中心線，沿磁體表面AB與cD的電流層方向相反，其大小為。

圖4-8a 、 b分別為一永磁直流電機(jī)平行充磁和徑向充磁時(shí)磁場(chǎng)分布。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，對(duì)于極弧系數(shù)為。 6一。 9的2極直流電機(jī)，徑向充磁時(shí)每極磁通量比平行充磁時(shí)高出17％一33 %，隨著極數(shù)增加，兩者趨于接近。

2.3永磁電機(jī)的局部失磁問題

水磁電機(jī)中永磁體的局部失磁問題，需要借助電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算才能進(jìn)行準(zhǔn)確分析。用等效磁路法得到的最大去磁時(shí)永磁體的工作點(diǎn)是一個(gè)平均工作點(diǎn)。事實(shí)上，在永磁體內(nèi)不同單元，其工作點(diǎn)是不同的。即使在空載情況下，它們也存在著較大的差別。因而永磁體的工作點(diǎn)具有局部勝。通常用電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算得到的最低局部工作點(diǎn)總是低于由等效磁路計(jì)算得到的最低工作點(diǎn)。在設(shè)計(jì)水磁電機(jī)時(shí)，要計(jì)算最嚴(yán)重去磁情況下電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)分布，使永磁體內(nèi)最低局部工作汽高于退磁曲線的拐點(diǎn)，才能保證電機(jī)中不發(fā)生局部失磁。