同步電機之調(diào)速永磁同步電動機

    永磁同步電動機在開環(huán)控制情況下調(diào)速運行時，不需位置傳感器和速度傳感器，只要改變供電電源的頻率便可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，比較簡單。開環(huán)控制調(diào)速永磁同步電動機可采用上一章的方法加以分析，本書不再對其進行討論變頻器供電的永磁同步電動機加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)便構(gòu)成白同步永磁電動機，其中反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波的電動機，稱為矩形波永磁同步電動機，又稱無刷直流電動機。而反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的電動機，稱為正弦波永磁同步電動機。本書在上一章分析永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)和磁路與參數(shù)計算的基礎(chǔ)上，先簡要介紹矩形波水磁同步電動機的運行原理，再分析研究這兩種永磁同步電動機調(diào)速運行時的性能、控制和設(shè)計特點。

l矩形波永磁同步電動機的運行原理

矩形波水磁同步電動機是在有刷直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的．其內(nèi)部發(fā)生的電磁過程與普通直流電動機類似，因此可用類似于有刷直流電動機的分析方法進行分析。下面以表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機為例來說明其運行原理。分析時對理想的矩形波永磁同步電動機作如下的假設(shè)：功水磁體在氣隙中產(chǎn)生的磁通密度呈矩形波分布，在空間占（電角度）;

2）電樞反應(yīng)磁場很小，可以忽略不計；

3）定子電流為三相對稱1200（電角度）的矩形波，定子繞組為6 。 。相帶的集中整矩繞組。圖71為理想的矩形波水磁同步電動機氣隙磁密和相電流示意圖。在理想情況下，由矩形波氣隙滋通與矩形波定子電流相互作用．三相合成產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩紋波。或者說，由于供電電流波形為矩形波，為了減少轉(zhuǎn)矩紋波，水磁同步電動機的氣隙磁密波形也應(yīng)該呈矩形波分布。

    表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機容易得到矩形波分布的氣隙磁密，而且通過調(diào)節(jié)氣隙中永磁體所跨的角度可方便地改變氣隙磁密波形，這就是表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)通常為矩形波水磁同步電動機所采用的原因由于飽和的影響和其他一些因素，電動機的氣隙磁密波形并不是理想的矩形波，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩中也含有紋波轉(zhuǎn)矩，因此實際設(shè)計時需借助于有限元數(shù)值計算等方法對氣隙磁密的實際波形進行分析計算。圖7一2即為一臺矩形波水磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和相反電動勢波形的數(shù)值計算結(jié)果，例中的電動機每極下的永磁體占有152 。電角度的極弧角。矩形波永磁同步電動機中，當永磁體所跨的極弧角小于18 。 。電角度時，隨著極弧角的增大，電動機的平均轉(zhuǎn)矩也單調(diào)增大，但電動機的紋波轉(zhuǎn)矩含量與極弧角的關(guān)系則較為復(fù)雜，所以設(shè)計極弧角時應(yīng)同時考慮這兩個因素，以降低電磁轉(zhuǎn)矩中的紋波含量，提高平均轉(zhuǎn)矩。與有刷直流電動機一樣，當電動機電樞磁動勢與永磁體產(chǎn)生的氣隙磁通正交時電動機轉(zhuǎn)矩達最大值，換句話說，只有當電流與反電動勢同相時電動機才能得到單位電流轉(zhuǎn)矩的最大值。

    實際上，為了在逆變器輸入電壓限定情況下擴展電動機的調(diào)速范圍，在電動機運行的高速區(qū)常使電流超前角a為一大于零的角度。此時的相電流和反電動勢波形示于圖7 -3 圖7一4給出某臺矩形波永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速特性。從圖中可以看出電流超前角a的增大可顯著提高電動機的調(diào)速范圍，這主要是因為a的增大實際上意味著電動機直軸去磁電流的增大，而直軸去磁電樞反應(yīng)的作用，實現(xiàn)了電動機的弱磁。理論分析表明，a的增大也導(dǎo)致電動機轉(zhuǎn)矩紋波的增大，但由于這些脈動轉(zhuǎn)矩的頻率較高，不會對電動機的運行產(chǎn)生大的影響。此外，采用增大電流超前角a以擴展電動機的調(diào)速范圍時，將使電動機的電流增大，溫升有所提高。