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  文章标题:无刷直流电机电枢反应去磁效应的分析
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作者:jialincy  发表时间:2010-1-27 14:52:06
    无刷直流电机电枢反应去磁效应的分析
    谭建成
    (中国电器科学研究院,广东广州510300)
    摘要:文章回顾了以往文献对永磁无刷直流电动机电枢反应去磁效应的分析,指出一些值得商榷的地方。
提议采用电枢反应磁场与永磁磁场叠加方法分析电枢反应对气隙磁场影响,得到有别于直轴和交轴分量传统分析
方法的认识和结果。
    关键词:无刷直流电动机;电枢反应;气隙磁场
    电机电枢电流产生的磁势对气隙磁场的影响称为电枢反应。永磁无刷直流电动机的电枢反应与磁路的结构、饱和程度、电枢绕组形式、导通方式和状态角的大小等因素有关。所以它的电枢反应和有刷直流电动机的不同。无刷直流电动机磁路设计时,如果还按有刷直流电动机那样考虑电枢反应来确定永磁体负载工作点,将会引起较大误差。有相当数量文献就永磁无刷直流电动机的电枢反应去磁效应进行了研究,本文对此进行归纳和分析,并指出一些值得商榷的地方。
1分解为直轴和交轴分量的分析方法
不少文献常采用将电枢反应磁势分解为直轴和交轴分量传统方法分析和解析无刷直流电动
机电枢反应的影响。为析方便,先观察采用星接接法,整数槽绕组,三相六状态换相方式的两极内转子结构电机,如图1所示,这种接法的特点是每一工作周期有6个状态,每个状态占60。电角度。当电机
 
 
转子逆时针方向旋转时,图1a、lb、1c分别表示一个状态的初始点、中问点和最终点时刻永磁转子的位置和电枢反应磁势的分解图。图中,Fr表示永磁磁势;每一状态有两相绕组串联导通(这里是A和B相导通),流过电流I产生的电枢反应磁势以F表示,将其分解为Faq和Fad,分别为相对于永磁磁势Fr的直轴和交轴分量。  
    当电枢反应磁势波形是矩形波或阶梯波时,一个极下的电枢反应磁势幅值表示为
    F~=2WI/2p=WI/p
  如果只考虑基波,则有:
式中:W为每相定子绕组串联匝数,I为绕组电流.p为电机极对数。
    可以发现,一个状态角内,在前半个状态,直轴电枢反应磁势Fad对永磁磁场作用是去磁,而在后半个状态,直轴电枢反应磁势Fad对永磁磁场作用是增磁。显然,在初始点和最终点时刻,直轴电枢反应磁势到达****值:
    Faqmax= Fa cos60o=0. 5 Fa。    (1)
    交轴电枢磁势Faq。对主磁场的作用是使气隙磁场波形畸变。
2基于直轴和交轴分量的分析观点
    基于直轴和交轴分量的分析,传统观点认为电枢反应引起平均气隙磁密下降主要原因是一个状态角范围内,因磁路局部饱和,直轴电枢反应磁势作用使后半个状态增磁未能够抵偿前半个状态去磁的缘故。就平均效应来看,即使磁路有饱和,电枢反应对电机气隙磁场只有微弱的去磁作用,对气隙磁场影响作用不大,电磁设讨时负载工作点磁通可用空载工作点磁通代替
    文献[2]认为电枢反应对电机的影响可归纳为:电枢反应对转子磁场先去磁而后增磁,使电机的每极总磁通在空载时的每极总磁通刚近变化,电枢反应使反电势和电磁转矩发生变化,但对反电势及电磁转矩平均值影响不大,得到电磁设计时把空载工作点的磁通近似看作负载工作点的磁通的结论。
    文献[3]提出,永磁无刷直流电动机电枢磁势在电枢圆周内是步进跳跃式旋转的,在一个状态角范围内,电枢磁势在刚开始为****去磁,然后逐渐减小,在状态角中间位置时不去磁也不增磁,后半个状态角逐渐增磁并达到****值。可见电枢反应的直轴分量时而增磁时而去磁,使气隙每极的合成磁通发生变化,但对总的平均磁通改变不明显。通过静态磁场的计算,证明了电枢反应对气隙磁密和电磁转矩的影响较小,在工程计算允许误差范围以内,可忽略不计。交轴电枢磁势对主磁场的作用是使气隙磁场波形畸变。对于径向激磁方式,由于磁稀土永磁体本身的磁阻很大,故交轴电枢磁势引起气隙磁场畸变较小,通常可不考虑。即使交轴电枢反应存在,只要磁路不饱和,交轴电枢反应使磁场波形的畸变不影响总磁通的平均值。
    文献[6]用磁势矢量合成法和磁势积分法对电动自行车用三相六状态2极6槽外转子无刷直流电动机的气隙磁场及电枢反应进行了定性分析,还用电磁

 

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