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《永磁式开关磁阻电机原理及特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第34卷第5期浙江大学学报(工学版)Vol.34№.52000年9月JournalofZhejiangUniversity(EngineeringScience)Sep.2000文章编号:10082973X(2000)0520579206永磁式开关磁阻电机原理及特性分析廖海平,陈永校(浙江大学电机工程学系,浙江杭州310027)摘要:提出一种带永久磁钢的新型开关磁阻电动机(PMSRM),对其基本结构、运行原理及电机性能等作了分析L该电机的定子上内嵌高性能永久磁钢,电机的转矩ö体积比、效率均较相同功率等级的传统SRM要高L同时不存在传统SR
2、M所固有的一些缺点,并就其出力能力与传统SRM进行了比较L最后给出了实验结果L关键词:永久磁钢;SRM;磁场分析中图分类号:TM351文献标识码:A开关磁阻电机(SRM)由于其结构简单、工作可靠,并在宽广调速范围内可获得较高的效率,近几十年来引起了各国学者广泛的研究兴趣,并在其设计、控制、性能分析与预测等领域获得丰富的[1,2]研究成果L从工作机理上看,SRM的电磁转矩方向与电流方向无关,仅与相绕组电感的变化率有关LSRM工作在单方向电流脉冲状态下,电磁转矩必须在电感增加区域产生,在电感下降区到来之前,必须完成相绕组间换流,以避免制动转矩
3、的产生LSRM实质上为单边单励电机,由于无独立的激磁绕组,相绕组电流中必须提供激磁分量,输入的能量并非全部转化为机械能输出,而是存在能量利用率的问题L由于以上特点,传统SRM存在着几个固有的缺点:(1)电机绕组利用率较低,绕组最多只能导通半个周期;(2)由于电机绕组的最大电感较大,而换流常在最大电感区域附近发生,功率开关管在大电感下关断,无疑将影响功率变换器和驱动系统运行的可靠性,这一点在大功率电机中尤为突出;(3)随着容量和体积的减小,能量利用率问题更加突出,影响了SRM转矩密度和功率密度的进一步提高L针对传统SRM中所存在的这些问题,
4、目前国外研究人员提出了一些对现有SRM本体结构加以改进的方案,在其启发下,我们设计并研制了电动自行车驱动用永磁式开关磁阻电机(PMSRM)L该电机保留了传统SRM结构简单的优点,同时通过高性能永久磁钢的引入,克服了传统SRM中存在的换流相对较慢、能量利用率较低的缺点,增加了电机的转矩密度L理论分析与实验结果均表明PMSRM在变速驱动,特别是小功率变速驱动领域里有着广泛的应用前景L1PMSRM的基本结构及运行原理PMSRM的基本结构如图1所示L与传统6ö4极SRM相比,区别主要在于定子轭部对称地嵌入两块磁钢,样机中采用了高性能NdFeB磁钢
5、N30HL值得注意的是,PMSRM中相对磁钢而言,外界气隙磁阻与转子位置无关,因此永久磁钢的工作总磁通基本上保持不变L设计时,在电机基本结构确定的情况下,其大小主要取决于所用磁钢的去磁特性及几何尺寸LPMSRM中每相绕组的磁通由两部分构成:(1)永久磁钢图1PMSRM基本结构图单独作用产生的磁通;(2)绕组通电所产生的磁通L若仅考虑永Fig.1Basicconstructiondesign收稿日期:1998202215作者简介:廖海平(1972-),男,湖南湘潭人,浙江大学博士,主要从事电机驱动研究L580浙江大学学报(工学版)2000年
6、久磁钢所产生的与绕组交链的磁通,对每相绕组而言,定转子齿对齿位置时最大,而在定转子齿对槽位置时最小L理想情况下,该磁通随转子位置线性变化,因此每相绕组中感应反电势为梯形波,如图2所示L当定子绕组通电时,绕组电流与磁钢磁场作用,产生电磁转矩L同时可以看出,在单相绕组单独通电情况下,若不考虑永久磁钢的磁场,则可视磁钢区域为气隙,给绕组磁通回路带来较大的磁阻,因此在齿对齿以及齿对槽位置,绕组电感均较小,这也给电机相间快速换流提供了有利条件LPMSRM运行原理可以从两个不同的角度去分析:(1)电磁力的角度;(2)磁共能角度L前者较为直观,而后者可
7、以定量地描述这种电机中的电磁力矩,为设计提供指导L我们可以先从电磁力的角度去看电机运行原理,然后再从磁共能的角度去分析影响电磁转矩图2PMSRM的磁通、反电势特性的几个因素L如图3(a)所示位置,当各相绕组均不通电Fig.2Thecharacteristicsofmagneticfluxand时,转子各极所受力相互平衡,合成电磁转矩为零,电counter2e.m.f.ofPMSRM机转子静止L当A相通以正向电流,使得极A与极-A下磁场增强,其效果为转子极1和极3两侧受力形成一力偶,使得转子沿逆时针旋转L当转子逆时针方向旋转一小角度,到达图
8、3(b)所示位置时,若B相通以负向电流,使得定子极B与极-B下磁场削弱,其效果为转子极2和极4两侧受力形成一力偶,其方向与前一力偶方向相同L由此可以看出,两相导通时产生的电磁转矩为单相时的一倍
