永磁同步电机电枢电感和输出转矩的分析计算
在式(6)中三相电流是每相电流的和,电机绕组在设计时有时是几路并联的,且电机的每槽匝数不可能为1,而在Ansoft的静磁场分析中,每槽绕组施加的激励是电流安匝数或是电流密度,所以在给绕组加电流激励时,需要对式(6)进行一下变换,考虑电机的并联支路数和绕组的匝数。
在分析模型中给电机三相绕组的每个线圈添加电流激励源,分别为iu、iv、iw。由于转子的D轴与A相绕组的中心线对齐,所以此时θ=0°。当β=90°时,绕组施加的是直轴电流id;当β=0°时,三相绕组施加的是交轴电流iq;当0°<β<90°时,电机三相绕组中施加电流中包含直轴电流id和交轴电流iq两个分量。
3.1.1只加载直轴电流id(β=90°)
根据式(6)可知,只加载直轴电流时,三相绕组电流之间的关系是:iv=iw=-iu/2,此时iq=0。直轴电流id=20A时的磁力线和气隙磁密的分布情况如图2、图3所示。从图2可以看出,加载直轴电流时,磁力线分布关于Q轴完全对称。图4是给绕组施加一组直轴电流后,分析计算得到的直、交轴电感Lad、Laq。
从图4可以看出,只加载直轴电流,电机的直轴电感Lad、交轴电感Laq的变化都较为平缓,但直轴电感下降18.87%,交轴电感下降4.08%,直轴电感比交轴电感的下降比例大。
3.1.2只加载交轴电流iq(β=0°)
矢量控制只加载交轴电流时,id=0,根据式(6)得三相电流之间的关系是:iu=0A,iv=-iw,仿真得到电机直轴电流iq=20A时的磁力线和气隙磁密的分布情况如图5、图6所示。此时磁力线分布不再关于Q轴对称,而是偏向Q轴的一侧,直轴气隙磁密也随之变大。图7是给绕组施加一组交轴电流后,计算得到的直交轴电感Lad、Laq。
从图7可以看出,只加载交轴电流时,电机的直轴电感Lad的变化仍比较平缓,但交轴电感Laq的下降却很明显,降幅比例达到了26.74%,比只存在直轴电流时下降幅度大大增加,而直轴电感的下降只有14.85%,与之前相差不大。