環(huán)形繞組盤(pán)式永磁電機(jī)弱磁控制
黃聲華 童 懷 葛永強(qiáng) （華中理工大學(xué)武漢430074）
【摘 要】提出了一種環(huán)形繞組盤(pán)式永磁電機(jī)弱磁控制新方法，該方法采用附加直流繞組產(chǎn)生定子附加磁通的手段降低定子鐵心的導(dǎo)磁率增加定子磁壓降，達(dá)到削弱氣隙主磁通的目的。采用文中提出的弱磁方法不會(huì)使氣隙主磁通波形發(fā)生畸變，控制簡(jiǎn)單，弱磁效果明顯。
【敘 詞】環(huán)形繞組永磁電機(jī)弱磁控制
1 引 言
軸向磁場(chǎng)環(huán)形繞組盤(pán)式永磁電機(jī)（簡(jiǎn)稱盤(pán)式永磁電機(jī)）是一種結(jié)構(gòu)新穎的高效電機(jī)，它既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。電機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩片裝有永磁磁極的外轉(zhuǎn)子和一個(gè)帶有三相環(huán)形繞組的內(nèi)定子組成，配以電子換向開(kāi)關(guān)即可構(gòu)成性能優(yōu)良的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。盤(pán)式永磁電機(jī)除了具有傳統(tǒng)永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有低速轉(zhuǎn)矩大、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向尺寸短，便于直接與驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝配成整體等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的新型電機(jī)。
但是，與傳統(tǒng)永磁電機(jī)類似，盤(pán)式永磁電機(jī)也存在弱磁困難這一弱點(diǎn)。這是因?yàn)榇祟愲姍C(jī)的永磁體較頑力強(qiáng)，并有較大的等效氣隙，一般的電樞反應(yīng)磁通很難明顯削弱永磁體產(chǎn)生的主磁通。采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)雖然可以達(dá)到有效弱磁目的，但又存在控制復(fù)雜氣隙磁逋波形易畸變、可能造成永磁體****去磁危險(xiǎn)等弊端[2 3]。
作者利用環(huán)形繞組盤(pán)式永磁電機(jī)磁場(chǎng)分布的特殊性，在盤(pán)式定子鐵心上增加一個(gè)直流繞組，控制直流繞組中的電流，即可改變定子鐵心的導(dǎo)磁率，進(jìn)而調(diào)節(jié)定子磁路磁壓降，達(dá)到削弱氣隙主磁通的目的，采用這種弱磁方法不會(huì)對(duì)永磁體產(chǎn)生去磁作用，也不會(huì)對(duì)原氣隙主磁通波形產(chǎn)生明顯的畸變。由于這種弱磁控制已完全獨(dú)立于電樞電流的控制，因此不僅可以用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的弱磁擴(kuò)速功能，還可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的電壓調(diào)節(jié)功能。
2弱磁原理
在圖1所示電機(jī)結(jié)構(gòu)圖中，定子由硅鋼帶卷繞成的盤(pán)狀鐵心及其上纏繞的環(huán)形三相繞組構(gòu)成（見(jiàn)圖2）。圖中僅畫(huà)出部分三相繞組。如果定子在鐵心上均布纏繞一套直流繞組no通以大小可控的直流電流i0，即可在定子鐵心中產(chǎn)生一個(gè)附加閉合磁通。。增加直流電流值，也即增加磁通，使定子鐵心飽和程度增加，從而改變定子鐵心的導(dǎo)磁率。為了清晰起見(jiàn)，圖2中直流繞組n。畫(huà)成局部集中繞組，其效果與均布直流繞組相同，但均布繞組便于電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
圖3可進(jìn)一步說(shuō)明附加直流繞組實(shí)現(xiàn)弱磁控制的原理。圖中帶箭頭實(shí)線是永磁體產(chǎn)生的交變主磁通西，帶箭頭虛線是直流繞組產(chǎn)生的附加單向磁通。在一部分定子磁路中西。與西迭加，使這部分磁路飽和度增加，鐵心導(dǎo)磁率下降。在另一部分定子磁路。相減，但由于電機(jī)設(shè)計(jì)使定子鐵心僅含主體磁通西時(shí)工作在臨界飽和狀態(tài)。所以相減后，鐵心導(dǎo)磁率變化很小，最后的綜合效果仍是鐵心導(dǎo)磁率。隨附加單向磁通。增加而明顯下降，導(dǎo)磁率下降，使得定子鐵心磁壓降增加，從而使主磁通垂下降達(dá)到弱磁的效果。
3 弱磁控制電路
由于鐵質(zhì)材料的剩磁效應(yīng)，當(dāng)直流繞組中電流下降到零時(shí)，定子鐵心仍存在一定的剩磁，其鐵心導(dǎo)磁率。無(wú)法逐原到初始狀態(tài)。為此，采取了兩種解決辦法，一是定子鐵心開(kāi)一個(gè)小氣隙槽（見(jiàn)圖4）。由于氣隙的存在，定子鐵心上的直流繞組產(chǎn)生的磁通將經(jīng)過(guò)該氣隙，其去磁效應(yīng)被削弱，直流繞組中的電流可以采用單極性控制，具體控制電路見(jiàn)圖5該方案的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單、成本低，但定子鐵心開(kāi)氣隙槽勢(shì)必增加定子鐵心加工的困難，而且會(huì)影響弱磁效果。
另一方案是采用雙極性電流控制，控制電路見(jiàn)圖6。當(dāng)需要弱磁控制時(shí)，控制直流繞組電流為正，當(dāng)不需要弱磁控制時(shí)，根據(jù)鐵磁材料的特性，應(yīng)將直流繞組電流控制為負(fù)，使定子鐵心的導(dǎo)磁率還原為初始 |
