無刷直流電機電樞反應去磁效應的分析
譚建成
(中國電器科學研究院，廣東廣州510300)
摘要：文章回顧了以往文獻對永磁無刷直流電動機電樞反應去磁效應的分析，指出一些值得商榷的地方。
提議采用電樞反應磁場與永磁磁場疊加方法分析電樞反應對氣隙磁場影響，得到有別于直軸和交軸分量傳統(tǒng)分析
方法的認識和結果。
關鍵詞：無刷直流電動機；電樞反應；氣隙磁場
電機電樞電流產生的磁勢對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。永磁無刷直流電動機的電樞反應與磁路的結構、飽和程度、電樞繞組形式、導通方式和狀態(tài)角的大小等因素有關。所以它的電樞反應和有刷直流電動機的不同。無刷直流電動機磁路設計時，如果還按有刷直流電動機那樣考慮電樞反應來確定永磁體負載工作點，將會引起較大誤差。有相當數(shù)量文獻就永磁無刷直流電動機的電樞反應去磁效應進行了研究，本文對此進行歸納和分析，并指出一些值得商榷的地方。
1分解為直軸和交軸分量的分析方法
不少文獻常采用將電樞反應磁勢分解為直軸和交軸分量傳統(tǒng)方法分析和解析無刷直流電動
機電樞反應的影響。為析方便，先觀察采用星接接法，整數(shù)槽繞組，三相六狀態(tài)換相方式的兩極內轉子結構電機，如圖1所示，這種接法的特點是每一工作周期有6個狀態(tài)，每個狀態(tài)占60。電角度。當電機
轉子逆時針方向旋轉時，圖1a、lb、1c分別表示一個狀態(tài)的初始點、中問點和最終點時刻永磁轉子的位置和電樞反應磁勢的分解圖。圖中，F(xiàn)r表示永磁磁勢；每一狀態(tài)有兩相繞組串聯(lián)導通(這里是A和B相導通)，流過電流I產生的電樞反應磁勢以F表示，將其分解為Faq和Fad，分別為相對于永磁磁勢Fr的直軸和交軸分量。
當電樞反應磁勢波形是矩形波或階梯波時，一個極下的電樞反應磁勢幅值表示為
F~=2WI／2p=WI／p
如果只考慮基波，則有：
式中：W為每相定子繞組串聯(lián)匝數(shù)，I為繞組電流．p為電機極對數(shù)。
可以發(fā)現(xiàn)，一個狀態(tài)角內，在前半個狀態(tài)，直軸電樞反應磁勢Fad對永磁磁場作用是去磁，而在后半個狀態(tài)，直軸電樞反應磁勢Fad對永磁磁場作用是增磁。顯然，在初始點和最終點時刻，直軸電樞反應磁勢到達****值：
Faqmax= Fa cos60o=0. 5 Fa。 (1)
交軸電樞磁勢Faq。對主磁場的作用是使氣隙磁場波形畸變。
2基于直軸和交軸分量的分析觀點
基于直軸和交軸分量的分析，傳統(tǒng)觀點認為電樞反應引起平均氣隙磁密下降主要原因是一個狀態(tài)角范圍內，因磁路局部飽和，直軸電樞反應磁勢作用使后半個狀態(tài)增磁未能夠抵償前半個狀態(tài)去磁的緣故。就平均效應來看，即使磁路有飽和，電樞反應對電機氣隙磁場只有微弱的去磁作用，對氣隙磁場影響作用不大，電磁設討時負載工作點磁通可用空載工作點磁通代替
文獻[2]認為電樞反應對電機的影響可歸納為：電樞反應對轉子磁場先去磁而后增磁，使電機的每極總磁通在空載時的每極總磁通剛近變化，電樞反應使反電勢和電磁轉矩發(fā)生變化，但對反電勢及電磁轉矩平均值影響不大，得到電磁設計時把空載工作點的磁通近似看作負載工作點的磁通的結論。
文獻[3]提出，永磁無刷直流電動機電樞磁勢在電樞圓周內是步進跳躍式旋轉的，在一個狀態(tài)角范圍內，電樞磁勢在剛開始為****去磁，然后逐漸減小，在狀態(tài)角中間位置時不去磁也不增磁，后半個狀態(tài)角逐漸增磁并達到****值�？梢婋姌蟹磻闹陛S分量時而增磁時而去磁，使氣隙每極的合成磁通發(fā)生變化，但對總的平均磁通改變不明顯。通過靜態(tài)磁場的計算，證明了電樞反應對氣隙磁密和電磁轉矩的影響較小，在工程計算允許誤差范圍以內，可忽略不計。交軸電樞磁勢對主磁場的作用是使氣隙磁場波形畸變。對于徑向激磁方式，由于磁稀土永磁體本身的磁阻很大，故交軸電樞磁勢引起氣隙磁場畸變較小，通�？刹豢紤]。即使交軸電樞反應存在，只要磁路不飽和，交軸電樞反應使磁場波形的畸變不影響總磁通的平均值。
文獻[6]用磁勢矢量合成法和磁勢積分法對電動自行車用三相六狀態(tài)2極6槽外轉子無刷直流電動機的氣隙磁場及電樞反應進行了定性分析，還用電磁 |
