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驅(qū)動電機(jī)電磁性能分析

時間:2019-02-16 13:43:53來源:電子發(fā)燒友

導(dǎo)語:?為了確保計算的準(zhǔn)確性,有必要針對驅(qū)動電機(jī)的電磁性能進(jìn)行分析與校核。在此利用有限元法對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行在空載、轉(zhuǎn)矩過載、高速弱磁等工況以及短路去磁情況進(jìn)行了分析與計算。永磁電機(jī)中磁鋼與有槽電樞鐵心相互作用而致使氣隙磁導(dǎo)發(fā)生了改變,

為了確保計算的準(zhǔn)確性,有必要針對驅(qū)動電機(jī)的電磁性能進(jìn)行分析與校核。在此利用有限元法對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行在空載、轉(zhuǎn)矩過載、高速弱磁等工況以及短路去磁情況進(jìn)行了分析與計算。永磁電機(jī)中磁鋼與有槽電樞鐵心相互作用而致使氣隙磁導(dǎo)發(fā)生了改變,從而不可避免地產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩,導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動、噪聲與振動,進(jìn)一步地將影響整個系統(tǒng)的控制精度。很多削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法被提出,比如斜槽、斜極、優(yōu)化槽開口、優(yōu)化極弧與磁鋼形狀等。其中斜槽方法不僅驅(qū)動技術(shù)成熟、生產(chǎn)工藝簡單、效果很好,而且其獲得的反電動勢波形極其正弦。圖1為驅(qū)動電機(jī)斜槽前后齒槽轉(zhuǎn)矩的對比,斜槽前齒槽轉(zhuǎn)矩占總額定負(fù)載時電磁轉(zhuǎn)矩的2%,斜槽后,齒槽轉(zhuǎn)矩基本削弱。1500r/min時,驅(qū)動電機(jī)反電動勢計算結(jié)果如圖2所示。由于斜槽使得反電動勢更加正弦,其諧波含量大幅度地減小。

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圖1:驅(qū)動電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩圖

電機(jī)

圖2:反電動勢計算值

高轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)能使電動汽車獲得較好的爬坡能力與加速性能。然而,高轉(zhuǎn)矩過載時容易使電機(jī)鐵心飽和,致使峰值電流輸入時也輸出不了峰值轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)空載反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比,轉(zhuǎn)速越高,反電動勢越大,所以,在沒有弱磁電流情況下電機(jī)端電壓也就越大。然而,在恒定的直流母線電壓情況下,控制器輸出電壓有上限,這就意味著高轉(zhuǎn)速的輸出需要依靠增加d軸電流來削弱主磁場,使氣隙合成反電動勢基本維持不變來實現(xiàn)。

磁鋼發(fā)生不可逆去磁將使環(huán)球電機(jī)性能包括額定電壓、額定功率等都會削弱,從而影響其正常使用。如果此時電機(jī)還按額定工況或過載工況的設(shè)計要求進(jìn)行工作,去磁電樞磁勢與溫升將會使磁鋼去磁更加嚴(yán)重,加速這種惡性循環(huán)。因此,電機(jī)設(shè)計時有必要針對其進(jìn)行最大去磁工作點校核。當(dāng)永磁電機(jī)發(fā)生短路時,電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁勢幾乎是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢,因此,磁鋼去磁分析應(yīng)重點考慮這類情況。從磁鋼表面磁密分布情況可知,兩類情況下磁鋼均有不同程度的失磁,其中不對稱三相短路時,磁鋼去磁面積最大,但最大磁鋼去磁面積小于0.2%。

整個驅(qū)動電機(jī)測試系統(tǒng)主要有直流電源、驅(qū)動電機(jī)、無刷控制器、冷卻水系統(tǒng)、扭轉(zhuǎn)傳感器、功率分析儀以及示波器。其中直流電源的主要作用為將電網(wǎng)中三相交流電整流成直流輸入驅(qū)動電機(jī)的控制器供測試系統(tǒng)使用。在電機(jī)測試時采用了兩臺驅(qū)動電機(jī)對拖的方式進(jìn)行測試,測試時,其中一臺電機(jī)充當(dāng)電動機(jī),另一臺電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)。驅(qū)動電機(jī)冷卻水由冷卻水箱提供,冷卻水先由外接水泵抽入驅(qū)動電機(jī)對其進(jìn)行冷卻后,最后流入冷卻水箱循環(huán)。控制器采用強(qiáng)迫風(fēng)冷進(jìn)行冷卻。

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