三相永磁同步電機之永磁電機電磁場數(shù)值計算的特點

    2.1永磁體的面電流模型

永磁電機電磁場計算首先要建立水磁體的數(shù)學模型。電流與磁場的基本關(guān)系表明，任何磁場都可以認為是由分布電流產(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度M，而且還能被外磁場磁化，其特性滿足：。式中H ―永磁體工作點的磁場強度；B ―永磁體工作點的磁感應(yīng)強度；M ' ―永磁體的感應(yīng)磁化強度．一般情況下是永磁體工作點磁場強度的函數(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：對于前者，尸r是一標量；對于后者，尸r是一矢量對上式兩邊取旋度，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，可全面考慮整個磁場對永磁體磁狀態(tài)的影響和永磁體本身的磁特性，這與實際情況比較接近。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。用磁矢位描述場時，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，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、表面式水磁同步電機和無刷直流電動機中，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平行充磁和徑向充磁時磁場分布。通過計算發(fā)現(xiàn)，對于極弧系數(shù)為。 6一。 9的2極直流電機，徑向充磁時每極磁通量比平行充磁時高出17％一33 %，隨著極數(shù)增加，兩者趨于接近。

2.3永磁電機的局部失磁問題

水磁電機中永磁體的局部失磁問題，需要借助電磁場數(shù)值計算才能進行準確分析。用等效磁路法得到的最大去磁時永磁體的工作點是一個平均工作點。事實上，在永磁體內(nèi)不同單元，其工作點是不同的。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具有局部勝。通常用電磁場數(shù)值計算得到的最低局部工作點總是低于由等效磁路計算得到的最低工作點。在設(shè)計水磁電機時，要計算最嚴重去磁情況下電機內(nèi)的磁場分布，使永磁體內(nèi)最低局部工作汽高于退磁曲線的拐點，才能保證電機中不發(fā)生局部失磁。