三相永磁同步電機(jī)之空載工作點(diǎn)確定

    假定磁路不飽和，鐵心中的磁位差可以忽略，同時忽略電樞反應(yīng)，則。

    同圓柱式電機(jī)一樣，盤式永磁電機(jī)主磁極產(chǎn)生的總磁通截也分為主磁通媽和漏磁通丸兩部分，其漏磁系數(shù)。式中氣隙磁密分布系數(shù)，定義為氣隙磁密沿圓周分布曲線所對應(yīng)的幅值隨半徑變化曲線的平均值與最大值之比，它同時考慮了氣隙磁密的三維分布、邊緣效應(yīng)和電樞繞組端部伸長對氣隙磁密幅值的影響。

1.1盤式永磁直流電動機(jī)三維磁場分析

盤式永磁電動機(jī)的磁場實(shí)際分布比較復(fù)雜，為了精確計(jì)算磁場分布，需要進(jìn)行三維磁場計(jì)算。通過三維磁場計(jì)算還可以求出漏磁系數(shù)、氣隙磁密分布系數(shù)和計(jì)算極弧系數(shù)等主要參數(shù)。

盤式永磁直流電動機(jī)的空載磁場是靜磁場，可用標(biāo)量位進(jìn)行計(jì)算。用等效磁荷模擬永磁體效應(yīng)，取一個極的范圍為求解區(qū)，如圖9-10所示。本書作者選用欽鐵硼水磁材料，對不同極數(shù)和磁極尺寸，在不同氣隙長度占、不同水磁體長度如和不同極弧系數(shù)條件下進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果如圖9一n～圖9一15所示。

    磁場計(jì)算結(jié)果表明：1）氣隙磁密的分布與半徑r有關(guān)，在某一半徑處氣隙磁密的分布基本為平頂波，在平均半徑附近氣隙磁密幅值最大，而在靠近內(nèi)、外徑處，由于受邊緣效應(yīng)的影響，氣隙磁密的幅值下降（見圖9-11和圖9-12）。

2）如用平均半徑處氣隙磁密來代替實(shí)際的氣隙磁密，需要引入氣隙磁密分布系數(shù)K；以保證每極磁通量不變．從氣隙磁密幅值變化曲線上看，氣隙磁密分布系數(shù)小于1，一般在85一。．朋范圍內(nèi)。

3）氣隙磁密最大值B，基本與極弧系數(shù)a，無關(guān)（見圖9-13 ) ,而主要決定于永磁體磁化方向長度和氣隙長度之比（見圖9一14）。

4）計(jì)算極弧系數(shù)。受永磁體磁化方向長度與氣隙長度之比的影響不大，主要決定于極距與氣隙長度之比r／占。當(dāng)日J(rèn)較小時，計(jì)算極弧系數(shù)小于極弧系數(shù)；隨著叮占增大，計(jì)算極弧系數(shù)逐漸增大，直至等于極弧系數(shù)（見圖9-15）。

5）通過分析鐵磁‘材料中的磁密分布可知，盤式永磁電機(jī)磁路基本不飽和。所以在進(jìn)行磁路分析時，不考慮鐵磁材料的飽和影響會帶來一定的誤差，但在工程上是可行的。

2.1空載漏磁系數(shù)計(jì)算

    空載漏磁系數(shù)的計(jì)算，對于確定永磁體工作點(diǎn)、準(zhǔn)確進(jìn)行磁路計(jì)算有重要作用。雖然通過三維磁場數(shù)值分析可以確定空載漏磁系數(shù)，但這種方法目前還難以在工程上推廣。本書作者通過二維電磁場有限元方法求出了盤式直流電機(jī)的空載漏磁系數(shù)的變化規(guī)律。

分析發(fā)現(xiàn)：在圖9一9a所示的磁極中心處徑向截面和圖9一9b所示的平均半徑處周向截面上，用二維磁場計(jì)算求得的氣隙磁密分布與三維場分析結(jié)果非常接近。在進(jìn)行磁場分析時取圖9一9a所示的徑向截面所構(gòu)成區(qū)域?yàn)閺较驁鲇?，取圖g叱所示的周向截面中一個極范圍為周向場域，圖9-16和圖9一17為相應(yīng)的磁通分布和磁密分布。相應(yīng)地，其空載漏磁系數(shù)也可按這種方法求出。由于在分析徑向場域時，忽略了周向漏磁；分析周向場域時忽略了徑向漏磁，所以總空載漏磁系數(shù)。

    此外，對圖9一9a所示的區(qū)域，如果取磁極的磁中心線為邊界并忽略鐵磁材料的飽和影響，可以得到漏磁場計(jì)算的統(tǒng)一模型，如圖9一18所示。圖中l(wèi)為漏磁域?qū)挾取?/p>

    本書作者通過計(jì)算不同情況、不同漏磁域?qū)挾认碌目蛰d漏磁系數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)漏磁域?qū)挾刃∮凇?6cm時，減小漏磁域?qū)挾?，空載漏磁系數(shù)將急劇增加；而當(dāng)漏磁域?qū)挾却笥趉m時．繼續(xù)增大漏磁域?qū)挾?，空載漏磁系數(shù)的變化很小。圖9-19顯示了不同情況下空載漏磁系數(shù)隨漏磁域?qū)挾茸兓囊?guī)律．

因此，當(dāng)漏磁域?qū)挾容^大時，漏磁域?qū)挾茸兓瘜蛰d漏磁系數(shù)的影響可以忽略。這同時也應(yīng)作為盤式永磁電機(jī)的一條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即應(yīng)盡量保證漏磁域?qū)挾却笞觡m在電機(jī)的結(jié)構(gòu)上，一般軸外表面到永磁體內(nèi)表面距離都大于Icm，設(shè)計(jì)時應(yīng)保證永磁體外表面到定子轆內(nèi)表面的距離大于1cm 。

    在漏磁域?qū)挾纫欢ǖ那闆r下，徑向漏磁系數(shù)只與水磁體徑向長度l 、永磁體磁化方向厚度h 、 、氣隙長度咨有關(guān)。本書作者經(jīng)過大量計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，給出了永磁體不同徑向長度和不同的磁化方向長度氣隙長度比時徑向漏磁系數(shù)的值，如圖9一20a一e所示。

     周向漏磁系數(shù)。：與盤式永磁電機(jī)的平均直徑、極對數(shù)、極弧系數(shù)、永磁體磁化方向長度以及氣隙長度有關(guān)。分析結(jié)果表明：當(dāng)極距與氣隙長度比相等、永磁體厚度與氣隙長度之比相等時，周向漏磁系數(shù)相等，這主要是因?yàn)椴豢紤]鐵磁材料的飽和影響時，空載漏磁系數(shù)僅決定于氣隙磁導(dǎo)和漏磁導(dǎo)。本書給出了不同極弧系數(shù)a，、不同極距與氣隙長度比、不同永磁體厚度與氣隙長度比情況下，周向漏磁系數(shù)的值，如圖9一21a一d所示。從圖中可以看出，當(dāng)r／占＜15時，周向漏磁系數(shù)將急劇增加。所以，對直徑較小的電機(jī)應(yīng)取較少的極對數(shù)，以減少漏磁。