基于變磁阻磁場調(diào)節(jié)機理的永磁同步電機研究.pdf

1、永磁同步電機具有體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高、控制特性好等優(yōu)點，近年來在各個領域獲得了廣泛的應用。但由于永磁同步電機通常采用稀土永磁體勵磁，磁場調(diào)節(jié)困難，恒功率運行范圍小，限制了其應用。傳統(tǒng)永磁同步電機通常采用增大直軸去磁電流、利用電樞反應的去磁作用實現(xiàn)弱磁，但這種方法會使繞組銅耗增加，導致驅動系統(tǒng)效率降低，并可能引起永磁體的不可逆退磁。因此，深入進行具有寬廣恒功率運行速度范圍的永磁同步電機本體結構與弱磁控制方法研究，是目前電機及

2、其控制領域的重要課題。
　　本文首先提出了基于變磁阻磁場調(diào)節(jié)機理的永磁同步電機（VMRPMSM）方案，闡述了該新型永磁同步電機的結構，建立其空載等效磁路模型，計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)磁路計算的氣隙磁通和繪制電機弱磁過程的相量圖，分析了基于變磁阻磁場調(diào)節(jié)機理的永磁同步電機的弱磁機理。
　　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、電機飽和、永磁體厚度和材料性能以及氣隙長度五個方面重點研究了磁場力的變化規(guī)律，探討了非磁性體形狀對磁場力的影響。
　　在電機轉速變化的過程中，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動（電機升速過程）和永磁體向下

4、運動（電機降速過程）過程中運動的永磁體受力差異的基礎上，探討了永磁體在槽中的運動規(guī)律與氣隙磁場調(diào)節(jié)特性。研究了空載氣隙磁密和空載反電勢跟隨主副永磁體之間的距離 s的變化規(guī)律以及在電機升速和降速兩個過程中的差異，并進行了樣機的空載反電勢測試；應用有限元方法仿真分析了弱磁效果，通過實驗測試的方法研究了電機在弱磁過程中的性能。
　　與傳統(tǒng)永磁同步電機不同，由于基于變磁阻磁場調(diào)節(jié)機理的永磁同步電機轉子中永磁體在槽中分段并有運動的特性，因此

5、通過分析電機的漏磁系數(shù)與電感系數(shù)的變化規(guī)律，可為 VMRPMSM的設計提供理論依據(jù)。本文分析了漏磁系數(shù)的影響因素，并從氣隙長度、隔磁橋長度、永磁體尺寸及材料性能、永磁體運動和非磁性體形狀五個方面研究了極間漏磁系數(shù)的變化規(guī)律。從電感公式推導和不同激勵下的磁力線分布出發(fā)，研究了影響基于變磁阻磁場調(diào)節(jié)機理的永磁同步電機的直交軸電感的主要因素，并應用有限元方法分別從永磁體厚度、隔磁橋尺寸、電機飽和狀態(tài)、非磁性體形狀以及永磁體運動五個方面研究了電