稀土永磁同步电机——磁无刷直流电动机工作特性的传统计算方法

永磁无刷直流电动机工作时，定子绕组切割气隙磁场产生运动电动势，单根导体中的感应电动势波形与气隙磁场的波形相同，根据绕组导体排放和连接顺序可计算获得相绕组感应电动势。转子结构和永磁体充磁方式不同，气隙磁场波形也不同，定子相绕组的感应电动势大小、波形也不同，电磁转矩、转速便会有一定差别。因此，永磁无刷直流电动机电磁参数和电机特性的分析必须考虑电机内的气隙磁场分布。永磁无刷直流电动机的气隙磁场分布可为近似方波，也可以为近似正弦波或梯形波，主要取决于定转子结构、永磁体形状及其充磁方式。在工程实际中，为简化分析，一般假设气隙磁场为方波或近似正弦波两种理想情况进行讨论，其气隙磁场、电动势和电流波形如表7一2所示。

一、基于方波的永磁无刷直流电动机特性计算

当图7一5 ( g）所示转子结构的永磁体采用径向充磁时，由于永磁体表面直接面向气隙，并且气隙较小，气隙磁场分布接近方波，其理想波形如图7一12所示。对于方波气隙磁场，定子绕组一般采用q一1的整距集中绕组，绕组中的感应电动势为梯形波。当电机采用两相导通星形一三相六状态方式工作时，若气隙磁场和绕组感应电动势的平顶宽度均大于1200电角度，则在绕组导通的1200电角度范围内，电流也为方波，如图7一13所示。方波永磁无刷直流电动机的运行特性与传统有刷直流电动机相似，为了分析方便，不考虑开关管动作的过渡过程和电枢绕组电感，可采用基于直流电机平均值的概念分析和计算电磁参数，相应的计算公式见表7一3川。表中，分别为绕组每相串联匝数、基波绕组系数、计算极弧系数、开关器件的导通压降和每相绕组电阻。、

二、基于正弦波的永磁无刷直流电动机特性计算

在永磁无刷直流电动机中，有些转子结构产生的气隙磁场分布接近正弦，功率较大的永磁无刷直流电动机多采用分布式绕组，这都使相绕组感应电动势波形接近正弦。为便于分析计算，对于气隙磁场平顶宽度较小的永磁无刷直流电动机，可假设其气隙磁场和相绕组感应电动势为正弦分布，则相应的计算公式如表7一3所示 。这种等效大大简化了永磁无刷直流电动机的分析计算，在工程实际中具有一定的实用价值，因而得到了广泛应用。以上两种特性计算方法都是基于平均值的计算方法，其磁场计算的基础是等效磁路法，永磁体工作点的确定依赖于漏磁系数、计算极弧系数的准确度，电机的电路和特性计算忽略了电动势波形、电流波形和绕组电感的影响，计算精度不高。