同步電機之永磁電機的磁路計算

同步電機之永磁電機的磁路計算

永磁電機的磁路由永磁體、空氣隙和導磁材料組成，其等效磁路分為永磁體和外磁路兩部分。

一、永磁體的等效磁路

從第二章的分析可知，永磁體工作點在回復線上，對于稀土鉆永磁材料和常溫下的欽鐵硼永磁材料，其退磁曲線基本為直線，因此回復線與退磁曲線基本重合，為連接（0 , Br )和（H，0）兩點的直線，如圖3一n ( a）所示，可表示為。

對于鐵氧體和高溫下的欽鐵硼永磁材料，其退磁曲線的拐點以上為直線，拐點以下為曲線，只要永磁體工作在拐點以上，回復線就與退磁曲線重合。在設計時，通常采取措施保證永磁體的工作點不低于拐點，因此其工作曲線為直線部分的延長線，如圖3一n ( b）所示，可表示為。

對于鋁鎳鉆永磁材料，其退磁曲線是彎曲的，回復線與退磁曲線不重合。在設計和使用時，要對其進行穩磁處理，預加可能的最大去磁磁動勢，然后永磁體工作在以該工作點為起點的回復線上，如圖3一n（。）所示，可表示為。

二、永磁電機外磁路

在永磁電機中，永磁體向外磁路提供磁通，該磁通的絕大部分匝鏈電樞繞組，是實現機電能量轉換的基礎，稱為主磁通咖，也就是通常所說的每極氣隙磁通。還有一部分磁通不與電樞繞組匝鏈，在永磁磁極之間、永磁磁極和結構件之間形成磁場，稱為漏磁場，對應的磁通稱為漏磁通，用硯表示。它們所經過的磁路分別稱為主磁路和漏磁路，對應的磁導分別為主磁導A 。和漏磁導A 。 。

在電機中，漏磁場的分布非常復雜，無法準確計算漏磁導。對于永磁體非內置的永磁電機，其漏磁路大部分由空氣組成，空氣的磁導率小、磁阻大，鐵磁部分的影響可以忽略，只考慮其中空氣部分的影響，則漏磁導是常數。而對于永磁體內置的永磁電機，由于永磁體放置在鐵心內部，漏磁較大，通常采用隔磁磁橋進行隔磁，漏磁路的主要部分是鐵心，此時漏磁導不是常數，而是隨所流過的磁通的變化而變化。主磁導通過主磁路的計算獲得，而漏磁路的影響通常用漏磁系數考慮。

三、永磁電機的氣隙磁壓降計算

當永磁體內置或者有極靴時，永磁電機的外磁路與電勵磁電機的磁路計算方法相同。但永磁體直接面對空氣隙時，對氣隙磁壓降的計算影響較大，需予以單獨考慮。眾所周知，若氣隙長度均勻、磁密在一個極距范圍內均勻分布、鐵心端部無磁場邊緣效應，則氣隙磁壓降為。式中，中為每極磁通；母為氣隙長度；二為極距；L 。為鐵心長度。然而由于齒槽效應、氣隙磁密的分布不均勻以及電機端部磁場邊緣效應的存在，氣隙磁壓降計算變得比較復雜，通常用氣隙系數K 。 、計算極弧系數氣和電樞鐵心有效長度Lef分別考慮上述3種因素的影響。在進行磁路計算時，通常每極磁通已知，則不考慮齒槽影響時磁極中』合對應的氣隙磁密為。

因此，氣隙磁壓降計算的關鍵在于氣隙系數K 。 、計算極弧系數ai和電樞鐵心有效長度Lef的確定。由于永磁體的存在，永磁電機的齒槽效應、氣隙磁場分布與電勵磁電機明顯不同，因而其氣隙系數、計算極弧系數、電樞鐵心有效長度和漏磁系數也與電勵磁電機存在較大差異。

1．計算極弧系數的確定

電勵磁電機中，在確定計算極弧系數時可以假定磁極表面為等標量磁位面。但在永磁電機中，永磁材料的磁導率接近于空氣的磁導率，永磁磁極具有很大的磁阻，因此永磁磁極與氣隙的交界面不能視為等磁位面。圖3一13所示為氣隙磁密徑向分量在一個極距：內的分布。為便于磁路計算，將沿圓周分布不均勻的氣隙磁密徑向分量等效為均勻分布的矩形波，其高度為，寬度。根據換算前后磁通不變的原則，有布由此可知，計算極弧系數ai取決于一個極距內氣隙磁密徑向分量的分布。在表面式永磁電機中，大多采用瓦片形磁極。對于瓦片形磁極，有同心瓦片形和等半徑瓦片形兩種，有平行充磁和徑向充磁兩種方式，對于不同的形狀和充磁方式，氣隙磁場的波形不同，因而ai也不同。圖3一14為一臺4極永磁直流電機在極弧系數ap一0 . 667 、磁極高度與氣隙長度之比hm / a一8 、氣隙長度與極距之比司：一0 . 02，采用不同磁極形狀和充磁方式時（參見第四章圖4一8 )，一個極距內電樞表面氣隙磁密徑向分量的分布。以極弧系數ap 、磁極高度與氣隙長度之比hm，、氣隙長度與極距之比刃二為變量，計算了4極永磁直流電機在不同磁極形狀和充磁方式下的計算極弧系數，圖3一15一圖3一19分別為徑向充磁瓦片形磁極、平行充磁瓦片形磁極、兩邊平行瓦片形磁極、平行充磁等半徑瓦片形磁極和徑向充磁等半徑瓦片形磁極永磁電機的計算極弧系數曲線。