同步电机之调速永磁同步电动机

    永磁同步电动机在开环控制情况下调速运行时，不需位置传感器和速度传感器，只要改变供电电源的频率便可调节电动机的转速，比较简单。开环控制调速永磁同步电动机可采用上一章的方法加以分析，本书不再对其进行讨论变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统便构成白同步永磁电动机，其中反电动势波形和供电电流波形都是矩形波的电动机，称为矩形波永磁同步电动机，又称无刷直流电动机。而反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电动机，称为正弦波永磁同步电动机。本书在上一章分析永磁同步电动机转子磁路结构和磁路与参数计算的基础上，先简要介绍矩形波水磁同步电动机的运行原理，再分析研究这两种永磁同步电动机调速运行时的性能、控制和设计特点。

l矩形波永磁同步电动机的运行原理

矩形波水磁同步电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的．其内部发生的电磁过程与普通直流电动机类似，因此可用类似于有刷直流电动机的分析方法进行分析。下面以表面式转子磁路结构的永磁同步电动机为例来说明其运行原理。分析时对理想的矩形波永磁同步电动机作如下的假设：功水磁体在气隙中产生的磁通密度呈矩形波分布，在空间占（电角度）;

2）电枢反应磁场很小，可以忽略不计；

3）定子电流为三相对称1200（电角度）的矩形波，定子绕组为6 。 。相带的集中整矩绕组。图71为理想的矩形波水磁同步电动机气隙磁密和相电流示意图。在理想情况下，由矩形波气隙滋通与矩形波定子电流相互作用．三相合成产生恒定的电磁转矩，不会产生转矩纹波。或者说，由于供电电流波形为矩形波，为了减少转矩纹波，水磁同步电动机的气隙磁密波形也应该呈矩形波分布。

    表面式转子磁路结构永磁同步电动机容易得到矩形波分布的气隙磁密，而且通过调节气隙中永磁体所跨的角度可方便地改变气隙磁密波形，这就是表面式转子磁路结构通常为矩形波水磁同步电动机所采用的原因由于饱和的影响和其他一些因素，电动机的气隙磁密波形并不是理想的矩形波，电动机的电磁转矩中也含有纹波转矩，因此实际设计时需借助于有限元数值计算等方法对气隙磁密的实际波形进行分析计算。图7一2即为一台矩形波水磁同步电动机的电磁转矩和相反电动势波形的数值计算结果，例中的电动机每极下的永磁体占有152 。电角度的极弧角。矩形波永磁同步电动机中，当永磁体所跨的极弧角小于18 。 。电角度时，随着极弧角的增大，电动机的平均转矩也单调增大，但电动机的纹波转矩含量与极弧角的关系则较为复杂，所以设计极弧角时应同时考虑这两个因素，以降低电磁转矩中的纹波含量，提高平均转矩。与有刷直流电动机一样，当电动机电枢磁动势与永磁体产生的气隙磁通正交时电动机转矩达最大值，换句话说，只有当电流与反电动势同相时电动机才能得到单位电流转矩的最大值。

    实际上，为了在逆变器输入电压限定情况下扩展电动机的调速范围，在电动机运行的高速区常使电流超前角a为一大于零的角度。此时的相电流和反电动势波形示于图7 -3 图7一4给出某台矩形波永磁同步电动机的转矩－转速特性。从图中可以看出电流超前角a的增大可显著提高电动机的调速范围，这主要是因为a的增大实际上意味着电动机直轴去磁电流的增大，而直轴去磁电枢反应的作用，实现了电动机的弱磁。理论分析表明，a的增大也导致电动机转矩纹波的增大，但由于这些脉动转矩的频率较高，不会对电动机的运行产生大的影响。此外，采用增大电流超前角a以扩展电动机的调速范围时，将使电动机的电流增大，温升有所提高。