永磁双凸极电动机区间等效电感特性及对电机的影响

秦海鸿，郭鸿浩，李金飞，王慧贞，严仰光

    (南京航空航天大学，江苏南京210016)

    摘要：对于12／8极刳槽转子永磁双凸极电动机，给出其在三相六状态换流模式下各区间等效电感表达式的分析，应用数值计算方法得出各区间等效电感特性，讨论了其对绕组电流变化率、斩波频率及系统闭环设计的影响，从而为永磁双凸极电动机的合理设计和控制提供了参考依据：

    关键词：双凸极永磁电动机；区间等效电感；电流变化率

    中图分类号：TM351    文献标识码：A  文章编号：1004-7018(2008)01—0014—03

0引言

    自上世纪90年代出现永磁双凸极电动机(以下简称DSPM电动机)以来，DSPM电动机受到了广大关注。文献[1—3]对DSPM电动机的静态特性进行了研究，给出电机相绕组自感、互感随转子位置角的变化规律^[4-6]。对DSPM电动机的换流模式及电动工作原理进行了研究。但目前在电机电感特性的研究中，并未结合电动机的实际通电区间对每个区间内的等效电感特性及其对电机工作的影响进行研究。文中基于斜槽转子DSPM电动机在三相六状态换流模式下，各区间等效电感表达式的分析，应用数值计算方法得出各区间等效电感特性，讨论了其对绕组电流变化率，斩波频率及系统闭环设计的影响，从而为DSPM电动机的合理设计和控制提供了参考。

1双凸极电动机区间等效电感特一胜

1．1区间等效电感表达式

    斜槽转子结构有助于改善DSPM电动机的运行性能，减小转矩脉动^[7,8]。12／8极DSPM电动机斜槽后绕组反电势波形如图l所示，与正弦相近，故把无刷直流电动机中常用的三相六状态换流模式引入到双凸极电动机的控制中来^[4,5]。电动机采用图2a所示的三相桥式功率变换器为其供电，按图2b所示的三相六状态换流模式工作。每个功率管开通区间为120^。电角度，每60^。电角度电机换相一次。每周期可分为6个工作区间，每区间两相工作^[4]给出各工作区间内导通的开关管、线电势、相电流及三相绕组端电压需满足的关系式。为实现DSPM电动机的转速控制，及对绕组电流上、下幅值的限制，采用了单斩电流滞环控制方式：一周期内各60^。区间内的等效电感表达式如下分析。

(1)[0，60^。]工作区间

    该区间内，Ql高频斩波，Q6恒通。忽略绕组电阻项、电感变化引起的感应电势项，满足关系式：

   

图2三相桥式功率变换器及三相六状态换流模式由式(1)～式(3)得：

式中：V_AB为a、b两相端点A、B之间的电压差e_ab为a、b相的反电势。L_eq为a、b两相等效合成电感，L_eq=La十L_b-2L_ab。

    [0，60^。]内，Q1高频PwM斩波工作。斩波频率为^[8]：

(2)其它区间

    类似可得一周期其它电角度区间的工作情况。表l给出一周期内各区间等效电感表达式。

1.2区间等效电感特性

    DSPM电动机中的自感和互感均随转子位置角θr，的变化而作较大变化。图3分别给出空载自感和互感特性。若定义电感的****变化幅度与电感的平均值之比为电感变化率，则可得DsPM电动机自感和互感的变化率分别为百分之83 .7和百分之90。

    但在电动机实际工作中，影响每个工作区间内绕组电流变化率、斩波频率和电机系统闭环工作情况的是区间等效电感。图3c给出基于空载自感和互感计算得出的区间等效电感特性。每两个相邻60^。工作区间内的等效电感不同。[3 .75^。，11．25^。]、[18．75。