無刷直流電機電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)的分析
譚建成
(中國電器科學(xué)研究院，廣東廣州510300)
摘要：文章回顧了以往文獻對永磁無刷直流電動機電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)的分析，指出一些值得商榷的地方。
提議采用電樞反應(yīng)磁場與永磁磁場疊加方法分析電樞反應(yīng)對氣隙磁場影響，得到有別于直軸和交軸分量傳統(tǒng)分析
方法的認(rèn)識和結(jié)果。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；電樞反應(yīng)；氣隙磁場
電機電樞電流產(chǎn)生的磁勢對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。永磁無刷直流電動機的電樞反應(yīng)與磁路的結(jié)構(gòu)、飽和程度、電樞繞組形式、導(dǎo)通方式和狀態(tài)角的大小等因素有關(guān)。所以它的電樞反應(yīng)和有刷直流電動機的不同。無刷直流電動機磁路設(shè)計時，如果還按有刷直流電動機那樣考慮電樞反應(yīng)來確定永磁體負(fù)載工作點，將會引起較大誤差。有相當(dāng)數(shù)量文獻就永磁無刷直流電動機的電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)進行了研究，本文對此進行歸納和分析，并指出一些值得商榷的地方。
1分解為直軸和交軸分量的分析方法
不少文獻常采用將電樞反應(yīng)磁勢分解為直軸和交軸分量傳統(tǒng)方法分析和解析無刷直流電動
機電樞反應(yīng)的影響。為析方便，先觀察采用星接接法，整數(shù)槽繞組，三相六狀態(tài)換相方式的兩極內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機，如圖1所示，這種接法的特點是每一工作周期有6個狀態(tài)，每個狀態(tài)占60。電角度。當(dāng)電機
轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，圖1a、lb、1c分別表示一個狀態(tài)的初始點、中問點和最終點時刻永磁轉(zhuǎn)子的位置和電樞反應(yīng)磁勢的分解圖。圖中，F(xiàn)r表示永磁磁勢；每一狀態(tài)有兩相繞組串聯(lián)導(dǎo)通(這里是A和B相導(dǎo)通)，流過電流I產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁勢以F表示，將其分解為Faq和Fad，分別為相對于永磁磁勢Fr的直軸和交軸分量。
當(dāng)電樞反應(yīng)磁勢波形是矩形波或階梯波時，一個極下的電樞反應(yīng)磁勢幅值表示為
F~=2WI／2p=WI／p
如果只考慮基波，則有：
式中：W為每相定子繞組串聯(lián)匝數(shù)，I為繞組電流．p為電機極對數(shù)。
可以發(fā)現(xiàn)，一個狀態(tài)角內(nèi)，在前半個狀態(tài)，直軸電樞反應(yīng)磁勢Fad對永磁磁場作用是去磁，而在后半個狀態(tài)，直軸電樞反應(yīng)磁勢Fad對永磁磁場作用是增磁。顯然，在初始點和最終點時刻，直軸電樞反應(yīng)磁勢到達(dá)****值：
Faqmax= Fa cos60o=0. 5 Fa。 (1)
交軸電樞磁勢Faq。對主磁場的作用是使氣隙磁場波形畸變。
2基于直軸和交軸分量的分析觀點
基于直軸和交軸分量的分析，傳統(tǒng)觀點認(rèn)為電樞反應(yīng)引起平均氣隙磁密下降主要原因是一個狀態(tài)角范圍內(nèi)，因磁路局部飽和，直軸電樞反應(yīng)磁勢作用使后半個狀態(tài)增磁未能夠抵償前半個狀態(tài)去磁的緣故。就平均效應(yīng)來看，即使磁路有飽和，電樞反應(yīng)對電機氣隙磁場只有微弱的去磁作用，對氣隙磁場影響作用不大，電磁設(shè)討時負(fù)載工作點磁通可用空載工作點磁通代替
文獻[2]認(rèn)為電樞反應(yīng)對電機的影響可歸納為：電樞反應(yīng)對轉(zhuǎn)子磁場先去磁而后增磁，使電機的每極總磁通在空載時的每極總磁通剛近變化，電樞反應(yīng)使反電勢和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，但對反電勢及電磁轉(zhuǎn)矩平均值影響不大，得到電磁設(shè)計時把空載工作點的磁通近似看作負(fù)載工作點的磁通的結(jié)論。
文獻[3]提出，永磁無刷直流電動機電樞磁勢在電樞圓周內(nèi)是步進跳躍式旋轉(zhuǎn)的，在一個狀態(tài)角范圍內(nèi)，電樞磁勢在剛開始為****去磁，然后逐漸減小，在狀態(tài)角中間位置時不去磁也不增磁，后半個狀態(tài)角逐漸增磁并達(dá)到****值。可見電樞反應(yīng)的直軸分量時而增磁時而去磁，使氣隙每極的合成磁通發(fā)生變化，但對總的平均磁通改變不明顯。通過靜態(tài)磁場的計算，證明了電樞反應(yīng)對氣隙磁密和電磁轉(zhuǎn)矩的影響較小，在工程計算允許誤差范圍以內(nèi)，可忽略不計。交軸電樞磁勢對主磁場的作用是使氣隙磁場波形畸變。對于徑向激磁方式，由于磁稀土永磁體本身的磁阻很大，故交軸電樞磁勢引起氣隙磁場畸變較小，通常可不考慮。即使交軸電樞反應(yīng)存在，只要磁路不飽和，交軸電樞反應(yīng)使磁場波形的畸變不影響總磁通的平均值。
文獻[6]用磁勢矢量合成法和磁勢積分法對電動自行車用三相六狀態(tài)2極6槽外轉(zhuǎn)子無刷直流電動機的氣隙磁場及電樞反應(yīng)進行了定性分析，還用電磁 |
