無(wú)刷直流電機(jī)電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)的分析
譚建成
(中國(guó)電器科學(xué)研究院，廣東廣州510300)
摘要：文章回顧了以往文獻(xiàn)對(duì)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)的分析，指出一些值得商榷的地方。
提議采用電樞反應(yīng)磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)疊加方法分析電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)影響，得到有別于直軸和交軸分量傳統(tǒng)分析
方法的認(rèn)識(shí)和結(jié)果。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；電樞反應(yīng)；氣隙磁場(chǎng)
電機(jī)電樞電流產(chǎn)生的磁勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)與磁路的結(jié)構(gòu)、飽和程度、電樞繞組形式、導(dǎo)通方式和狀態(tài)角的大小等因素有關(guān)。所以它的電樞反應(yīng)和有刷直流電動(dòng)機(jī)的不同。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)磁路設(shè)計(jì)時(shí)，如果還按有刷直流電動(dòng)機(jī)那樣考慮電樞反應(yīng)來(lái)確定永磁體負(fù)載工作點(diǎn)，將會(huì)引起較大誤差。有相當(dāng)數(shù)量文獻(xiàn)就永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)進(jìn)行了研究，本文對(duì)此進(jìn)行歸納和分析，并指出一些值得商榷的地方。
1分解為直軸和交軸分量的分析方法
不少文獻(xiàn)常采用將電樞反應(yīng)磁勢(shì)分解為直軸和交軸分量傳統(tǒng)方法分析和解析無(wú)刷直流電動(dòng)
機(jī)電樞反應(yīng)的影響。為析方便，先觀察采用星接接法，整數(shù)槽繞組，三相六狀態(tài)換相方式的兩極內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)，如圖1所示，這種接法的特點(diǎn)是每一工作周期有6個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)占60。電角度。當(dāng)電機(jī)
轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，圖1a、lb、1c分別表示一個(gè)狀態(tài)的初始點(diǎn)、中問(wèn)點(diǎn)和最終點(diǎn)時(shí)刻永磁轉(zhuǎn)子的位置和電樞反應(yīng)磁勢(shì)的分解圖。圖中，F(xiàn)r表示永磁磁勢(shì)；每一狀態(tài)有兩相繞組串聯(lián)導(dǎo)通(這里是A和B相導(dǎo)通)，流過(guò)電流I產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁勢(shì)以F表示，將其分解為Faq和Fad，分別為相對(duì)于永磁磁勢(shì)Fr的直軸和交軸分量。
當(dāng)電樞反應(yīng)磁勢(shì)波形是矩形波或階梯波時(shí)，一個(gè)極下的電樞反應(yīng)磁勢(shì)幅值表示為
F~=2WI／2p=WI／p
如果只考慮基波，則有：
式中：W為每相定子繞組串聯(lián)匝數(shù)，I為繞組電流．p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。
可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)狀態(tài)角內(nèi)，在前半個(gè)狀態(tài)，直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fad對(duì)永磁磁場(chǎng)作用是去磁，而在后半個(gè)狀態(tài)，直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fad對(duì)永磁磁場(chǎng)作用是增磁。顯然，在初始點(diǎn)和最終點(diǎn)時(shí)刻，直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)到達(dá)****值：
Faqmax= Fa cos60o=0. 5 Fa。 (1)
交軸電樞磁勢(shì)Faq。對(duì)主磁場(chǎng)的作用是使氣隙磁場(chǎng)波形畸變。
2基于直軸和交軸分量的分析觀點(diǎn)
基于直軸和交軸分量的分析，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為電樞反應(yīng)引起平均氣隙磁密下降主要原因是一個(gè)狀態(tài)角范圍內(nèi)，因磁路局部飽和，直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)作用使后半個(gè)狀態(tài)增磁未能夠抵償前半個(gè)狀態(tài)去磁的緣故。就平均效應(yīng)來(lái)看，即使磁路有飽和，電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)只有微弱的去磁作用，對(duì)氣隙磁場(chǎng)影響作用不大，電磁設(shè)討時(shí)負(fù)載工作點(diǎn)磁通可用空載工作點(diǎn)磁通代替
文獻(xiàn)[2]認(rèn)為電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的影響可歸納為：電樞反應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)先去磁而后增磁，使電機(jī)的每極總磁通在空載時(shí)的每極總磁通剛近變化，電樞反應(yīng)使反電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，但對(duì)反電勢(shì)及電磁轉(zhuǎn)矩平均值影響不大，得到電磁設(shè)計(jì)時(shí)把空載工作點(diǎn)的磁通近似看作負(fù)載工作點(diǎn)的磁通的結(jié)論。
文獻(xiàn)[3]提出，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)電樞磁勢(shì)在電樞圓周內(nèi)是步進(jìn)跳躍式旋轉(zhuǎn)的，在一個(gè)狀態(tài)角范圍內(nèi)，電樞磁勢(shì)在剛開(kāi)始為****去磁，然后逐漸減小，在狀態(tài)角中間位置時(shí)不去磁也不增磁，后半個(gè)狀態(tài)角逐漸增磁并達(dá)到****值�？梢�(jiàn)電樞反應(yīng)的直軸分量時(shí)而增磁時(shí)而去磁，使氣隙每極的合成磁通發(fā)生變化，但對(duì)總的平均磁通改變不明顯。通過(guò)靜態(tài)磁場(chǎng)的計(jì)算，證明了電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁密和電磁轉(zhuǎn)矩的影響較小，在工程計(jì)算允許誤差范圍以內(nèi)，可忽略不計(jì)。交軸電樞磁勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的作用是使氣隙磁場(chǎng)波形畸變。對(duì)于徑向激磁方式，由于磁稀土永磁體本身的磁阻很大，故交軸電樞磁勢(shì)引起氣隙磁場(chǎng)畸變較小，通�？刹豢紤]。即使交軸電樞反應(yīng)存在，只要磁路不飽和，交軸電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)波形的畸變不影響總磁通的平均值。
文獻(xiàn)[6]用磁勢(shì)矢量合成法和磁勢(shì)積分法對(duì)電動(dòng)自行車用三相六狀態(tài)2極6槽外轉(zhuǎn)子無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)進(jìn)行了定性分析，還用電磁 |
