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生如圖7一31所示的電樞反應磁場，根據電樞反應磁通路徑的不同，可將其分為三部分：①與定、轉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，轉速、電磁轉矩都會有明顯變化。因此可以通過調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矩特性。在本節(jié)介紹的設計計算方法中，通過調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?？梢钥闯觯瑩Q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。