驅動電機電磁性能分析

2020-11-25 電子發燒友

驅動電機電磁性能分析

發表於 2019-02-16 10:43:24

為了確保計算的準確性，有必要針對驅動電機的電磁性能進行分析與校核。在此利用有限元法對驅動電機進行在空載、轉矩過載、高速弱磁等工況以及短路去磁情況進行了分析與計算。永磁電機中磁鋼與有槽電樞鐵心相互作用而致使氣隙磁導發生了改變，從而不可避免地產生齒槽轉矩，導致轉矩波動、噪聲與振動，進一步地將影響整個系統的控制精度。很多削弱齒槽轉矩的方法被提出，比如斜槽、斜極、優化槽開口、優化極弧與磁鋼形狀等。其中斜槽方法不僅驅動技術成熟、生產工藝簡單、效果很好，而且其獲得的反電動勢波形極其正弦。圖1為驅動電機斜槽前後齒槽轉矩的對比，斜槽前齒槽轉矩佔總額定負載時電磁轉矩的2%,斜槽後，齒槽轉矩基本削弱。1500r/min時，驅動電機反電動勢計算結果如圖2所示。由於斜槽使得反電動勢更加正弦，其諧波含量大幅度地減小。

圖1：驅動電機齒槽轉矩圖

圖2：反電動勢計算值

高轉矩過載倍數能使電動汽車獲得較好的爬坡能力與加速性能。然而，高轉矩過載時容易使電機鐵心飽和，致使峰值電流輸入時也輸出不了峰值轉矩。由於電機空載反電動勢與轉速成正比，轉速越高，反電動勢越大，所以，在沒有弱磁電流情況下電機端電壓也就越大。然而，在恆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。

磁鋼發生不可逆去磁將使環球電機性能包括額定電壓、額定功率等都會削弱，從而影響其正常使用。如果此時電機還按額定工況或過載工況的設計要求進行工作，去磁電樞磁勢與溫升將會使磁鋼去磁更加嚴重，加速這種惡性循環。因此，電機設計時有必要針對其進行最大去磁工作點校核。當永磁電機發生短路時，電樞反應產生的磁勢幾乎是一個純去磁作用的直軸磁勢，因此，磁鋼去磁分析應重點考慮這類情況。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於0.2%。

整個驅動電機測試系統主要有直流電源、驅動電機、無刷控制器、冷卻水系統、扭轉傳感器、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中三相交流電整流成直流輸入驅動電機的控制器供測試系統使用。在電機測試時採用了兩臺驅動電機對拖的方式進行測試，測試時，其中一臺電機充當電動機，另一臺電機充當發電機。驅動電機冷卻水由冷卻水箱提 供，冷卻水先由外接水泵抽入驅動電機對其進行冷卻後，最後流入冷卻水箱循環。控制器採用強迫風冷進行冷卻。

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