同步電機(jī)之關(guān)于永磁磁路的特點(diǎn)

    永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與電勵(lì)磁電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算有很大不同，這是因?yàn)橛来糯怕酚泻芏嗵攸c(diǎn)所致，永磁磁路的主要特點(diǎn)：

l）永磁體向外部磁路提供的磁動(dòng)勢(shì)是變化的，這種變化主要取決于材料的磁性能、永磁體的尺寸、結(jié)構(gòu)及環(huán)境對(duì)它的影響，為了準(zhǔn)確得出電機(jī)的性能，對(duì)于電機(jī)的重要參數(shù)必須要準(zhǔn)確計(jì)算。

2）當(dāng)永磁材料和形狀尺寸確定后，其所提供的磁動(dòng)勢(shì)就基本確定，因此對(duì)永磁體的設(shè)計(jì)是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，因?yàn)樗苯佑绊懙诫姍C(jī)的性能。

3）由于永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其磁動(dòng)勢(shì)分布也十分復(fù)雜，確切地說(shuō)，永磁電機(jī)磁場(chǎng)分布是一個(gè)邊界條件復(fù)雜的三維時(shí)變磁場(chǎng)，關(guān)于這個(gè)磁場(chǎng)的計(jì)算是十分困難的，目前雖然專(zhuān)家做了大量的工作，但是作為工程上可以準(zhǔn)確計(jì)算的程序還沒(méi)有應(yīng)用。

鑒于上述情況，工程上常常用一種“路”和“場(chǎng)”結(jié)合的辦法，即對(duì)于永磁電機(jī)磁路有規(guī)律分布的一些系數(shù)和參數(shù)采用磁場(chǎng)有限元法進(jìn)行大量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而確定一些設(shè)計(jì)參數(shù)和系數(shù)，然后再利用等效磁路法進(jìn)行計(jì)算。利用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果雖不十分準(zhǔn)確，但仍可滿足工程上的需要。

3 . 2永磁電機(jī)磁路圖解法

磁路圖解法是永磁電機(jī)早期應(yīng)用的方法，因?yàn)樵缙谘芯坑来挪牧洗蟛糠质欠蔷€性，應(yīng)用圖解法能直接畫(huà)出永磁體工作圖，可以清晰地看出各種因素的影響和工作點(diǎn)與拐點(diǎn)的關(guān)系，即使現(xiàn)在圖解法也常常是解析法的補(bǔ)充。

3 . 2 . 1永磁磁路磁體工作圖

磁體工作圖是研究磁路的基礎(chǔ)，也是分析永磁磁路的主要方法，為了分析永磁磁路各參數(shù)間關(guān)系，我們首先從磁體工作圖人手。繪制永磁材料的磁體工作圖時(shí)，首先在中一F坐標(biāo)中，作出相應(yīng)永磁材料的退磁曲線，然后再根據(jù)外磁路結(jié)構(gòu)尺寸，求出磁導(dǎo)A 。，進(jìn)一步繪出具有一定磁導(dǎo)的外磁路磁導(dǎo)線，如圖3一1中O尸，我們稱(chēng)O尸為永磁體的空載工作線，磁導(dǎo)線與退磁曲線的交點(diǎn)A即為空載工作點(diǎn)。電機(jī)負(fù)載后，電樞反應(yīng)磁場(chǎng)將對(duì)永磁體磁場(chǎng)產(chǎn)生去磁作用，設(shè)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)為Fa 。，則可將空載工作點(diǎn)向左右平移，。為空載漏磁系數(shù)，為空載時(shí)永磁體提供的總磁通與有效磁通之比），所得曲線為負(fù)載時(shí)外磁路磁導(dǎo)線OR，與退磁曲線交點(diǎn)A .，被稱(chēng)為負(fù)載工作點(diǎn)（OA 、 QAI則為外磁路不飽和時(shí)情況）。如第l章所述，永磁體工作點(diǎn)實(shí)際上在回復(fù)直線上，由此可見(jiàn)，這時(shí)空載與負(fù)載工作點(diǎn)A ( A '）、 A .（州）與退磁曲線相比將有所降低，如圖3一2所示。如永磁體退磁曲線為線性，其退磁曲線與回復(fù)直線基本重合。

3 . 2 . 2回復(fù)直線

起始點(diǎn)K的確定回復(fù)直線起始點(diǎn)K的位置確定了永磁體所提供的磁通和磁動(dòng)勢(shì)，也反映了永磁體磁能利用的好壞，所以回復(fù)直線起始點(diǎn)的確定是十分重要的。

永磁電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，如果遇到意外情況，使得去磁磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)原來(lái)預(yù)想情況，這時(shí)回復(fù)直線的起始點(diǎn)低于K點(diǎn)，回復(fù)直線也要低于天肘線，也就是說(shuō)此時(shí)永磁體工作在回復(fù)直線以下，永磁體磁通發(fā)生了變化，永磁電機(jī)性能也發(fā)生了變化。為了防止這種情況發(fā)生，對(duì)于非線性退磁曲線的永磁體必須事先進(jìn)行穩(wěn)磁處理。穩(wěn)磁處理的磁場(chǎng)強(qiáng)度一般是對(duì)發(fā)電機(jī)短路狀態(tài)去磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，而對(duì)電動(dòng)機(jī)則是堵轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。穩(wěn)磁后，使得永磁體磁能利用率提高了，而且也使永磁電機(jī)性能不致發(fā)生變化。對(duì)于退磁曲線是線性永磁體則不需要穩(wěn)磁，因?yàn)檫@時(shí)退磁曲線與回復(fù)直線重合，永磁體在回復(fù)直線（即退磁曲線）任意點(diǎn)移動(dòng)，都不會(huì)影響磁路工作點(diǎn)的性能。

3 . 2 . 3永磁體最佳工作點(diǎn)的選擇

為了充分利用永磁體的磁能，應(yīng)該將永磁體的工作點(diǎn)選取在磁能積最大的一點(diǎn)。作為永磁體工作點(diǎn)，以線性退磁曲線為例，由數(shù)學(xué)分析可知，此工作點(diǎn)應(yīng)在退磁曲線的中點(diǎn)上，即叭F 。的中點(diǎn)A上（見(jiàn)圖3一3）。則最大磁能積：

    然而在永磁電機(jī)中存在漏磁通，實(shí)際參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的只是氣隙磁場(chǎng)中的有效磁能而不是永磁體的總磁能，因此永磁體最佳工作點(diǎn)就應(yīng)選在有效磁能的最大點(diǎn)A點(diǎn)上?？紤]到永磁電機(jī)中的漏磁路存在，如圖3-4中，oA．為漏磁導(dǎo)線，則有效磁能積正比于四邊形的面積，為使四邊形面積最大，永磁體最佳工作點(diǎn)應(yīng)是巾：A．的中點(diǎn)A點(diǎn)。