稀土永磁同步電機——磁無刷直流電動機工作特性的傳統(tǒng)計算方法

永磁無刷直流電動機工作時，定子繞組切割氣隙磁場產(chǎn)生運動電動勢，單根導體中的感應電動勢波形與氣隙磁場的波形相同，根據(jù)繞組導體排放和連接順序可計算獲得相繞組感應電動勢。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和永磁體充磁方式不同，氣隙磁場波形也不同，定子相繞組的感應電動勢大小、波形也不同，電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速便會有一定差別。因此，永磁無刷直流電動機電磁參數(shù)和電機特性的分析必須考慮電機內(nèi)的氣隙磁場分布。永磁無刷直流電動機的氣隙磁場分布可為近似方波，也可以為近似正弦波或梯形波，主要取決于定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、永磁體形狀及其充磁方式。在工程實際中，為簡化分析，一般假設(shè)氣隙磁場為方波或近似正弦波兩種理想情況進行討論，其氣隙磁場、電動勢和電流波形如表7一2所示。

一、基于方波的永磁無刷直流電動機特性計算

當圖7一5 ( g）所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁體采用徑向充磁時，由于永磁體表面直接面向氣隙，并且氣隙較小，氣隙磁場分布接近方波，其理想波形如圖7一12所示。對于方波氣隙磁場，定子繞組一般采用q一1的整距集中繞組，繞組中的感應電動勢為梯形波。當電機采用兩相導通星形一三相六狀態(tài)方式工作時，若氣隙磁場和繞組感應電動勢的平頂寬度均大于1200電角度，則在繞組導通的1200電角度范圍內(nèi)，電流也為方波，如圖7一13所示。方波永磁無刷直流電動機的運行特性與傳統(tǒng)有刷直流電動機相似，為了分析方便，不考慮開關(guān)管動作的過渡過程和電樞繞組電感，可采用基于直流電機平均值的概念分析和計算電磁參數(shù)，相應的計算公式見表7一3川。表中，分別為繞組每相串聯(lián)匝數(shù)、基波繞組系數(shù)、計算極弧系數(shù)、開關(guān)器件的導通壓降和每相繞組電阻。、

二、基于正弦波的永磁無刷直流電動機特性計算

在永磁無刷直流電動機中，有些轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的氣隙磁場分布接近正弦，功率較大的永磁無刷直流電動機多采用分布式繞組，這都使相繞組感應電動勢波形接近正弦。為便于分析計算，對于氣隙磁場平頂寬度較小的永磁無刷直流電動機，可假設(shè)其氣隙磁場和相繞組感應電動勢為正弦分布，則相應的計算公式如表7一3所示 。這種等效大大簡化了永磁無刷直流電動機的分析計算，在工程實際中具有一定的實用價值，因而得到了廣泛應用。以上兩種特性計算方法都是基于平均值的計算方法，其磁場計算的基礎(chǔ)是等效磁路法，永磁體工作點的確定依賴于漏磁系數(shù)、計算極弧系數(shù)的準確度，電機的電路和特性計算忽略了電動勢波形、電流波形和繞組電感的影響，計算精度不高。