基于變磁阻磁場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)理的永磁同步電機(jī)研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高、控制特性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但由于永磁同步電機(jī)通常采用稀土永磁體勵(lì)磁，磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難，恒功率運(yùn)行范圍小，限制了其應(yīng)用。傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)通常采用增大直軸去磁電流、利用電樞反應(yīng)的去磁作用實(shí)現(xiàn)弱磁，但這種方法會(huì)使繞組銅耗增加，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率降低，并可能引起永磁體的不可逆退磁。因此，深入進(jìn)行具有寬廣恒功率運(yùn)行速度范圍的永磁同步電機(jī)本體結(jié)構(gòu)與弱磁控制方法研究，是目前電機(jī)及

2、其控制領(lǐng)域的重要課題。
　　本文首先提出了基于變磁阻磁場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)理的永磁同步電機(jī)（VMRPMSM）方案，闡述了該新型永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，建立其空載等效磁路模型，計(jì)算了磁路中各部分的磁阻，探討了非磁性體的磁阻以及研究磁阻跟隨非磁性體形狀參數(shù)變化的規(guī)律；然后，根據(jù)磁路計(jì)算的氣隙磁通和繪制電機(jī)弱磁過程的相量圖，分析了基于變磁阻磁場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)理的永磁同步電機(jī)的弱磁機(jī)理。
　　永磁體在槽中的位置決定了永磁體產(chǎn)生磁通所經(jīng)過路徑的磁阻，進(jìn)而決定

3、了氣隙磁密的大小，而永磁體的位置是由所受合力確定的。本文依次分析了作用在永磁體上的離心力和摩擦力；構(gòu)建了永磁體受力分析模型，分析了永磁體位于槽中不同位置的受力；應(yīng)用有限元方法從永磁體位于槽中位置、非磁性體的形狀、電機(jī)飽和、永磁體厚度和材料性能以及氣隙長(zhǎng)度五個(gè)方面重點(diǎn)研究了磁場(chǎng)力的變化規(guī)律，探討了非磁性體形狀對(duì)磁場(chǎng)力的影響。
　　在電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程中，永磁體的受力狀態(tài)是不同的。本文在分析了永磁體向上運(yùn)動(dòng)（電機(jī)升速過程）和永磁體向下

4、運(yùn)動(dòng)（電機(jī)降速過程）過程中運(yùn)動(dòng)的永磁體受力差異的基礎(chǔ)上，探討了永磁體在槽中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)特性。研究了空載氣隙磁密和空載反電勢(shì)跟隨主副永磁體之間的距離 s的變化規(guī)律以及在電機(jī)升速和降速兩個(gè)過程中的差異，并進(jìn)行了樣機(jī)的空載反電勢(shì)測(cè)試；應(yīng)用有限元方法仿真分析了弱磁效果，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法研究了電機(jī)在弱磁過程中的性能。
　　與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)不同，由于基于變磁阻磁場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)理的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中永磁體在槽中分段并有運(yùn)動(dòng)的特性，因此

5、通過分析電機(jī)的漏磁系數(shù)與電感系數(shù)的變化規(guī)律，可為 VMRPMSM的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本文分析了漏磁系數(shù)的影響因素，并從氣隙長(zhǎng)度、隔磁橋長(zhǎng)度、永磁體尺寸及材料性能、永磁體運(yùn)動(dòng)和非磁性體形狀五個(gè)方面研究了極間漏磁系數(shù)的變化規(guī)律。從電感公式推導(dǎo)和不同激勵(lì)下的磁力線分布出發(fā)，研究了影響基于變磁阻磁場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)理的永磁同步電機(jī)的直交軸電感的主要因素，并應(yīng)用有限元方法分別從永磁體厚度、隔磁橋尺寸、電機(jī)飽和狀態(tài)、非磁性體形狀以及永磁體運(yùn)動(dòng)五個(gè)方面研究了電