永磁同步電動(dòng)機(jī)之永磁材料分散性的影響

    剩磁密度Br是表征永磁材料性能的重要指標(biāo)，永磁材料性能的分散性在剩磁密度上的表現(xiàn)最為明顯，可以等效成剩磁密度在一個(gè)范圍內(nèi)變化。永磁材料對(duì)電機(jī)性能的影響主要通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)反映出來(lái)。反電動(dòng)勢(shì)和基波磁通的關(guān)系為。可以看出，反電動(dòng)勢(shì)E0和每極基波磁通成正比，也就與剩磁密度Br成正比，永磁材料性能的分散性將導(dǎo)致反電動(dòng)勢(shì)E0的變化，從而影響永磁同步電動(dòng)機(jī)性能。同樣以上述38oV 、 22kw 、 6極永磁同步電動(dòng)機(jī)為例研究永磁材料分散性對(duì)性能的影響，所采用的永磁材料的剩磁密度標(biāo)稱值為1 . 22T，假設(shè)其在1 . 18一1 . 26T范圍內(nèi)變化。

1．永磁體性能的分散性對(duì)起動(dòng)性能的影響

對(duì)于已經(jīng)制成的永磁同步電動(dòng)機(jī)，可認(rèn)為由起動(dòng)籠產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩與永磁體剩磁沒(méi)有關(guān)系，而永磁體性能的分散性直接影響發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式可知，發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與空載反電動(dòng)勢(shì)的二次方成正比，隨著空載反電動(dòng)勢(shì)增大，發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，總平均轉(zhuǎn)矩將減小。圖8一43和圖8一44為剩磁密度分別為1 . 18T 、 1 . 20T 、 1 . 22T 、 1 . 24T和1 . 26T時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和合成轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)差率的變化曲線，圖中五條曲線從上到下依次是ABCI ) E 。可以看出，隨著剩磁密度的增大，發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，合成轉(zhuǎn)矩減小。

由于起動(dòng)瞬間（，一1）發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于零，剩磁密度的變化對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流沒(méi)有影響。但永磁體的分散性造成起動(dòng)過(guò)程中最小轉(zhuǎn)矩的變化，影響電機(jī)的起動(dòng)性能。

2．永磁體性能的分散性對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響

( 1）對(duì)空載性能的影響。 E0隨剩磁的增大而增大，由式（8一96）可知，空載直軸電流增大，并且可由負(fù)值變?yōu)檎?，空載交軸電流近似不變，可認(rèn)為是一個(gè)很小的常數(shù)，因此定子電流的變化趨勢(shì)和直軸電流是一致的，是一條V形曲線，并且隨著剩磁密度的增大，功率因數(shù)曲線為一條反V形曲線。圖8一45和圖8一46分別為空載電流、空載功率因數(shù)隨剩磁密度變化的曲線。由于所給出的剩磁密度變化范圍不大，得到的空載功率因數(shù)只是反V形曲線的一部分。

( 2）對(duì)負(fù)載性能的影響。在額定負(fù)載時(shí)，隨著反電動(dòng)勢(shì)的增大，功率角減小，直軸電流增大，而交軸電流減小，由于交軸電流幅值遠(yuǎn)大于直軸電流，故定子電流減小。圖8一47為額定負(fù)載時(shí)電流隨剩磁密度的變化曲線。隨著剩磁密度增大，定子電流減小，因而銅耗和雜散損耗也減小，但鐵耗增大，效率相應(yīng)發(fā)生變化。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)一般設(shè)計(jì)在感性且低于1，反電動(dòng)勢(shì)增大引起功率因數(shù)增大，甚至得到超前功率因數(shù)。圖8一48和圖8一49分別為額定負(fù)載時(shí)損耗、效率和功率因數(shù)隨剩磁密度的變化曲線。

( 3）對(duì)失步轉(zhuǎn)矩的影響。從永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可以看出，剩磁密度越大，失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越大，過(guò)載能力越強(qiáng)，圖8一50為失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)隨剩磁密度的變化曲線。

3．結(jié)論

( 1）永磁體性能的分散性影響發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而影響起動(dòng)過(guò)程中的最小轉(zhuǎn)矩，對(duì)電機(jī)的起動(dòng)有影響。

( 2）永磁體性能的分散性對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載電流、空載功率因數(shù)、負(fù)載功率因數(shù)和失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)影響較大，而對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率、電流等影響不大。