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1、微特电机2007年第5期D设计分析esginandanalysis基于磁场饱和的IPM电动机的磁路仿真王爱元(上海电机学院,上海200240)摘要:提出一种磁场饱和的IPM(InteriorPermanentMagnet)电动机的磁路模型,该模型利用材料的磁化曲线为基础,考虑电枢反应磁场对永磁磁场的影响,可对电机的性能指标进行计算,便于设计变量的及时调整。仿真结果与有限元计算的结果接近,证明了该饱和磁路模型的有效性。关键词:永磁同步电动机;磁路饱和;仿真分析中图分类号:TM33文献标识码:A文章编
2、号:1004-7018(2007)05-0023-03MagneticCircuitSimulationofIPMMotorBasedonFieldSaturationWANGAi-yuan(ShanghaiDianjiUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:AmagneticcircuitmodelofIPM(interiorpermanentmagnet)synchronousmotoroffieldsaturationwaspres2ented.Us
3、ingmagnetizationcurveofmaterialandconsideringmagneticfieldimpactofarmaturereactiononpermanentmag2net,themodelcanrapidlycalculatetargetperformanceofthemotorwhichmakedesignvariableadjustexpediently.Thesim2ulationresultswerecloselyagreementwithFEAresults
4、.Itvalidatedthemagneticcircuitmodel.Keywords:permanentmagnetsynchronousmotor;magneticcircuitsaturation;simulationanalysis用价值。1引言2饱和磁路的数学模型电机的磁场问题简化为磁路问题,具有快速方便、物理概念清晰等优点,在电机设计之初,设计者IPM永磁同步电动机采用内置于转子铁心的永运用磁路法计算分析,可快速完成电机结构和性能磁体励磁,在电枢反应磁场的作用下,磁路非常复的评估,便
5、于结构尺寸的及时调整。但是永磁同步杂,为建立磁路计算的模型作以下假设:电动机的磁场与电励磁的同步电动机相比,磁场的(1)忽略电枢反应磁场的槽漏磁;(2)在一个小性质和分布发生了很大变化,并且为了获得较高功范围内磁场饱和是线性的,并采用d、q轴系进行分率密度,铁心工作在接近磁饱和的状态,采用线性磁析。IPM永磁同步电动机的磁场在d、q轴系下可分路的分析方法显然会带来很大误差。近年来,随着为d轴磁场和q轴磁场,图1a、b为用有限元方法计有限元电磁场计算软件的开发,多采用有限元计算算出的d轴和q轴磁场的
6、分布。其中d轴磁场由d磁场,但由于有限元计算软件价格高、计算时间长、磁场分析思路不够清晰等缺点,限制了其普及应用。已有学者对永磁同步电动机的饱和磁路进行了[1,2]于研究和分析,但这些工作集中在非线性电感或磁电抗的参数进行修正后,给出数学模型,没有给出饱场饱和磁路的仿真及其与有限元方法的比较,其方法的和的有效性有待验证。本文首先根据铁心材料的磁化特性曲线及电枢反应磁场对永磁磁场的影响,建立电IPM永磁同步电动机饱和磁路的数学模型和仿真模动机型。仿真结果表明,饱和磁路的计算非常接近有限的元的计算,该
7、模型具有线性磁路计算和有限元计算磁路的优势,并克服了它们的不足之处,有一定的工程应仿真收稿日期:2006-09-26图1d、q轴磁场及其磁路模型23改稿日期:2006-11-07D设计分析微特电机2007年第5期esginandanalysis轴电枢反应和永磁体共同产生,q轴磁场由q轴电轴总磁链ψd与永磁体单独产生的d轴磁链ψm的[1,2]枢反应产生。从图中可以看出,d、q轴磁路在定子差,d轴的电枢反应工作点为图2a中的N点和铁心的轭部、转子永磁体外侧的铁心等处均存在共Q点。d、q轴电枢反应电感的
8、计算采用线性修正的[3,4]磁路,且有交叉耦合现象;d轴磁场在转子的两方法,d轴电感为线段ON或OQ的斜率,q轴电感块不同极性永磁体的铁心之间存在漏磁路;q轴磁为线段OS的斜率,因此d、q电感为:场在转子铁心中存在两条磁路,一条经过转子永磁ψd-ψmLad=(2)体外侧的铁心,另一条经过转子永磁体内侧的铁心。Id图1c为根据电机的结构特点、磁势分布和有限ψaqLaq=(3)元的磁场计算建立的一对极下的磁路模型,各参数Iq的含义如下:电动机电磁转矩为:Rsy1、Rsy2、Rsy3、R
