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1、研究与设计xEMCA2008,35(8)*无刷直流电机参数计算及分析张蔚,薛明(南通大学电气工程学院,江苏南通226019)摘要:利用ANSYS有限元分析软件对永磁无刷直流电机的电磁场进行分析计算。建立样机模型,通过能量摄动法计算定子绕组的自感和互感,并在此基础上对永磁无刷直流电机的反电势进行分析计算,将计算结果与样机试验结果相比较,证实了该计算方法的正确性。关键词:永磁无刷直流电机;电感;能量摄动法中图分类号:TM301.3BTM33文献标识码:A文章编号:1673-6540(2008)08-00
2、32-03ParameterCalculationandAnalysisofBrushlessDCMotorZHANGWei,XUEMing(ElectricalEngineeringInstitute,NantongUniversity,Nantong226019,China)Abstract:OnthebasisofANSYS,theelectromagneticfieldofapermanentmagnetbrushlessDCmotoriscalcu-latedandanalyzed.Fir
3、st,amodeliscreated.Then,thesel-finductanceandmutualinductanceofpermanentmagnetbrushlessDC(PMBLDC)motorisstudiedwithenergyperturbationmethod.Basedonthis,backEMFoftheperma-nentmagnetbrushlessmotoriscalculatedandanalyzed.Thecalculationresultsareconfirmedb
4、ythatoftheexper-iments.Keywords:permanentmagnetbrushlessDCmotor;inductance;energyperturbation计算电机的能量扰动,可以精确地计算出绕组电0引言[2-3]感。稀土永磁无刷直流电机采用高磁能积的稀土1.1能量摄动法永磁材料和电子换向技术,具有无电刷、结构简对于一台多相绕组电机,每相绕组中的能量单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗小、效率高、运可表示为ni(t)行特性优良等特点,广泛应用于航空航天、精密仪kWj=EQ
5、(Ljkij)dik(1)器、工业控制等许多对电机运行性能要求较高的k=1ik(0)场合[1]。因此,对稀土永磁无刷直流电机的研究式中:Wj)))绕组中的储能;Ljk)))j,k两个绕组间的互感;具有重要意义。本文给出了基于电磁场能量摄动ij)))j绕组中的电流。法的电感参数计算方法,并从磁场的角度,分析了整个电机中的磁场储能为永磁无刷直流电机的感应电动势波形,为进一步nnni(t)k计算永磁无刷直流电机的力矩、转矩等参数提供W=EWj=EEQ(Ljkij)dik(2)j=1j=1k=1ik(0)了
6、基础。当电流有一个微小变化$ij(j=1,2,,,n)时,整1电感计算个电机磁场储能可表示为:nni(t)+$ikk定子绕组电感对永磁无刷直流电机的动态性Wc=EEQ(Ljkij)dik=j=1k=1ik(0)能有较大影响。绕组电感计算方法有磁链法、能nnik(t)量摄动法、感应电势法等。其中能量摄动法通过EEQ(Ljkij)dik+j=1k=1ik(0)*南通大学自然科学基金资助项目(06Z047))32)2008,35(8)研究与设计xEMCAnnik(t)+$ikik-$ik,,,in)时磁场
7、对应的能量。EEQ(Ljkij)dik=j=1k=1ik(t)电机的磁场储能W可由能量密度Wm取积分W+$W(3)得到,能量密度由三部分组成:式中:Wc)))电流变化后整个电机储能;Wm=Wa+Wf+Wp=BB$W)))电机磁场储能变化量。1BH+QHdB+HdB(8)由式(3)可得到电流的微小变化引起的磁场20BQr储能变化为:式中:Wa,Wf和Wp)))分别表示空气,铁心和永nnik(t)+$ik磁体中的能量密度。$W=EEQ(Ljkij)dik(4)电机的磁场储能W由各部分单元求和得到:j=1
8、k=1ik(t)由于电流变化微小,可认为电感Ljk为常数,与$iW=E$eaWa+E$efWf+E$epWpla(9)eaefep无关,则$W可表示为:n式中:$e为三角形单元面积。通过有限元计算,ni+$ikk$W=EELjkQijdik=可以得出各单元的磁位和磁通密度,从而得到各j=1k=1ikn单元的能量密度,并求出电机的磁场储能。由式ij+$ijELjjQijdij+(7)可知:在计算一个位置的自感时,需要进行三j=1ijnn次磁场的有限元分析,分别求出W(i
