同步電機(jī)之調(diào)速永磁同步電動機(jī)

    永磁同步電動機(jī)在開環(huán)控制情況下調(diào)速運(yùn)行時，不需位置傳感器和速度傳感器，只要改變供電電源的頻率便可調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，比較簡單。開環(huán)控制調(diào)速永磁同步電動機(jī)可采用上一章的方法加以分析，本書不再對其進(jìn)行討論變頻器供電的永磁同步電動機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)便構(gòu)成白同步永磁電動機(jī)，其中反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波的電動機(jī)，稱為矩形波永磁同步電動機(jī)，又稱無刷直流電動機(jī)。而反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的電動機(jī)，稱為正弦波永磁同步電動機(jī)。本書在上一章分析永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)和磁路與參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上，先簡要介紹矩形波水磁同步電動機(jī)的運(yùn)行原理，再分析研究這兩種永磁同步電動機(jī)調(diào)速運(yùn)行時的性能、控制和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

l矩形波永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行原理

矩形波水磁同步電動機(jī)是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的．其內(nèi)部發(fā)生的電磁過程與普通直流電動機(jī)類似，因此可用類似于有刷直流電動機(jī)的分析方法進(jìn)行分析。下面以表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機(jī)為例來說明其運(yùn)行原理。分析時對理想的矩形波永磁同步電動機(jī)作如下的假設(shè)：功水磁體在氣隙中產(chǎn)生的磁通密度呈矩形波分布，在空間占（電角度）;

2）電樞反應(yīng)磁場很小，可以忽略不計(jì)；

3）定子電流為三相對稱1200（電角度）的矩形波，定子繞組為6 。 。相帶的集中整矩繞組。圖71為理想的矩形波水磁同步電動機(jī)氣隙磁密和相電流示意圖。在理想情況下，由矩形波氣隙滋通與矩形波定子電流相互作用．三相合成產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩紋波?；蛘哒f，由于供電電流波形為矩形波，為了減少轉(zhuǎn)矩紋波，水磁同步電動機(jī)的氣隙磁密波形也應(yīng)該呈矩形波分布。

    表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機(jī)容易得到矩形波分布的氣隙磁密，而且通過調(diào)節(jié)氣隙中永磁體所跨的角度可方便地改變氣隙磁密波形，這就是表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)通常為矩形波水磁同步電動機(jī)所采用的原因由于飽和的影響和其他一些因素，電動機(jī)的氣隙磁密波形并不是理想的矩形波，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩中也含有紋波轉(zhuǎn)矩，因此實(shí)際設(shè)計(jì)時需借助于有限元數(shù)值計(jì)算等方法對氣隙磁密的實(shí)際波形進(jìn)行分析計(jì)算。圖7一2即為一臺矩形波水磁同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和相反電動勢波形的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，例中的電動機(jī)每極下的永磁體占有152 。電角度的極弧角。矩形波永磁同步電動機(jī)中，當(dāng)永磁體所跨的極弧角小于18 。 。電角度時，隨著極弧角的增大，電動機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩也單調(diào)增大，但電動機(jī)的紋波轉(zhuǎn)矩含量與極弧角的關(guān)系則較為復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)極弧角時應(yīng)同時考慮這兩個因素，以降低電磁轉(zhuǎn)矩中的紋波含量，提高平均轉(zhuǎn)矩。與有刷直流電動機(jī)一樣，當(dāng)電動機(jī)電樞磁動勢與永磁體產(chǎn)生的氣隙磁通正交時電動機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值，換句話說，只有當(dāng)電流與反電動勢同相時電動機(jī)才能得到單位電流轉(zhuǎn)矩的最大值。

    實(shí)際上，為了在逆變器輸入電壓限定情況下擴(kuò)展電動機(jī)的調(diào)速范圍，在電動機(jī)運(yùn)行的高速區(qū)常使電流超前角a為一大于零的角度。此時的相電流和反電動勢波形示于圖7 -3 圖7一4給出某臺矩形波永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速特性。從圖中可以看出電流超前角a的增大可顯著提高電動機(jī)的調(diào)速范圍，這主要是因?yàn)閍的增大實(shí)際上意味著電動機(jī)直軸去磁電流的增大，而直軸去磁電樞反應(yīng)的作用，實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)的弱磁。理論分析表明，a的增大也導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)矩紋波的增大，但由于這些脈動轉(zhuǎn)矩的頻率較高，不會對電動機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生大的影響。此外，采用增大電流超前角a以擴(kuò)展電動機(jī)的調(diào)速范圍時，將使電動機(jī)的電流增大，溫升有所提高。