三相永磁同步电机­—基于场路耗合的永磁无刷直流电动机电磁性能计算

一、基于场路藕合的永磁无刷直流电动机电磁性能计算方法根据以上分析可知，永磁无刷直流电动机的场路藕合模型可以准确计算电机内的磁场分布、电机特性等。将其应用于永磁无刷直流电动机电磁设计，可得到基于场路藕合的永磁无刷直流电动机电磁性能计算方法，其设计计算流程如图7一29所示。该方法可以较准确地考虑气隙磁场分布、绕组电动势波形和相绕组电流波形对电机特性参数的影响，使表面式永磁无刷直流电动机设计计算的准确性得到提高。该方法的主要特点如下：

( 1）采用气隙磁场的解析方法求解每极下的气隙磁场分布及大小，较准确地计及气隙磁场分布波形对电机特性的影响；避免了传统设计方法中漏磁系数、计算极弧系数的确定给每极磁通量和永磁体工作点计算带来的偏差。

( 2）在气隙磁场分布解析计算的基础上，结合相绕组分布和具体连接方式进行绕组感应电动势的计算，可以较准确地计算各种整数槽和分数槽绕组的感应电动势。

( 3）结合电枢反应磁场解析计算和电机设计中槽漏感、端部漏感的计算方法，较准确地计算绕组的电感参数。

( 4）考虑了主电路拓扑结构、开关参数、电机相电动势瞬时值和绕组换向位置角的影响，较准确地计算绕组电流和电磁转矩。

二、特性分析计算

1．考虑铁心饱和时的磁通计算

采用前述解析法可计算出忽略齿槽影响和铁心磁压降时的气隙磁场，进而可求出转子在某一位置角y处时的每极磁通：

2．饱和电感计算

当电枢绕组通电时，电枢绕组会在电机中产生如图7一31所示的电枢反应磁场，根据电枢反应磁通路径的不同，可将其分为三部分：①与定、转子铁心都交链的电枢反应磁通叭1；②槽漏磁通中心；③端部漏磁通叭3 。其中中心、叭3的磁通路径主要为空气，所以中a2 、么。可近似认为与铁心饱和程度无关。而中a1与定、转子铁心同时交链，其大小受铁心饱和程度的影响。

在不考虑铁心饱和的情况下，由式( 7一48）可求得电枢反应磁场叭1在气隙中的分布及大小。由于电机气隙磁场中永磁磁场为主导分量，铁心饱和主要与永磁磁场大小有关，可以用空载时的主磁路饱和系数分量进行修正，即。

3．相绕组感应电动势的计算负载时，电枢相绕组感应电动势为。

4．电流特性分析计算

永磁无刷直流电动机的电路拓扑结构如图7一2所示。为便于分析，假定直流母线电压u是常数，电机工作于两相导通星形三相六状态工作方式。由于各导通状态下电路拓扑结构相同，所以只分析一个导通状态过程中的电流特性就可以得到整个电机的电流特性。以a 、 b两相导通时为例，开关VTI 、 VT6开通，Vl ) 1 、 VD6阻断，直流母线电流与绕组电流有以下关系。

5．换向位置角对绕组电流的影响

电机相绕组电流是由电源电压与绕组感应电动势的差值产生的，若相绕组换向位置角月不同，则绕组导通期间对应的感应电动势波形不同，相电流的大小和波形也不同，转速、电磁转矩都会有明显变化。因此可以通过调整电枢绕组的换向位置角，实现电机的弱磁控制或改善电机的转矩特性。在本节介绍的设计计算方法中，通过调整场路祸合模型中式（7一54）、式（7一56）、式( 7一58）的状态切换时刻来考虑换向位置角的影响，可以分析计算任意换向位置角下的电流特性。对于表7一4中的样机，取换向位置角分别为0o 、＋100（超前）和一100（滞后），对电机的电流特胜进行计算，结果如图7一33所示。可以看出，换向位置角对绕组电流的影响较大。

三、计算实例

利用上述电磁计算方法对表7一4所示的22极21槽永磁无刷直流电动机进行校核计算，计算结果与实验结果的对比如图7一34所示。