表面磁鋼永磁電機簡要分析

周虎

摘要：永磁電機的設(shè)計與應(yīng)用是電機領(lǐng)域的前沿課題。本文從電磁場基本理論出發(fā)，采用解析的方法對表面磁鋼永磁無刷電機的氣隙磁場進行了系統(tǒng)的研究。全文的主要介紹表面磁鋼永磁無刷電機的空載磁場數(shù)學模型的建立。為分析這種電機的工作特性提供了可靠的依據(jù)。在表面磁鋼永磁無刷電機的應(yīng)用越來越多的時代背景之下，結(jié)合計算機的使用，本文為這種電機的設(shè)計和優(yōu)化，控制策略的選取提供了有力的工具。

關(guān)鍵詞：表面磁鋼永磁電機;氣隙磁場;解析法;空載

一、永磁電機的發(fā)展

永磁無刷直流電動機既具備直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好，也具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的特點。所以永磁無刷直流電動機的應(yīng)用越來越多。由于永磁是有許多好處的。在電機中用永利用磁材料從而取代勵磁繞組。是一個將要發(fā)展的趨向。現(xiàn)代永磁電機是通過稀土永磁來進行勵磁。電機的體積不僅減小，維修起來也很方便，運行可靠，提高效率，和同容量的異步電機比較的話電機效率提高。對于現(xiàn)在的電機而言，電機以磁介質(zhì)中的機械能和電能轉(zhuǎn)換裝置。

二、稀土永磁電動機的優(yōu)點

在稀土永磁材料NdFeB磁鋼中，它具有很高的磁能積，利用很少的永磁磁鋼就可以產(chǎn)生出足夠的能積，所以電機的體積、尺寸等方面就可以大為減少，這樣便成功的成為高效率、高密度電機。采用NdFeB的永磁電動機，在電機的轉(zhuǎn)子上是不需要電勵磁裝置的，這樣也可以簡化結(jié)構(gòu)，提高了電機的穩(wěn)定性。電機的效率表示電機在運行時做的有功功率的利用率;功率因數(shù)表示的是電動機運行時做的無功功率的利用率。效率X功率因數(shù)=電動機在能量轉(zhuǎn)換中的有效性，這些標準是衡量一個電機的指標，因為永磁同步電機用永磁體取代了傳統(tǒng)上用勵磁繞組的磁場，所以是沒有損耗的，并且沒有滯后勵磁電流，節(jié)約了能源，并且提高了功率因數(shù)。傳統(tǒng)上的電機作比較，這些永磁電機的結(jié)構(gòu)都很簡單，在運轉(zhuǎn)方面也很穩(wěn)定，耗能小，效率高，所以它的使用越來越廣泛。

三、高效永磁電動機的現(xiàn)狀與發(fā)展

因為我國的能源很緊張，在世界范圍內(nèi)，都是一個重大的問題，所以在生產(chǎn)中提高效率變的非常重要，在這個能源缺乏的階段，能夠出現(xiàn)一種優(yōu)化電機變的必不可少。所以，高效永磁電動機的使用就變得非常重要，根據(jù)IEC指定的標準來看，它是相當符合的，經(jīng)過優(yōu)化的設(shè)計，可以達到IE4的標準。所以對我國以及世界來說，改善整個系統(tǒng)，利用科技研發(fā)新型電機對節(jié)能有更大幫助。因為我國現(xiàn)在處在發(fā)展階段，從這方面來分析，要求現(xiàn)在的電機要有“細”，“深”，“好”的提高。使得電機的電磁場分析，研究已成為一個重要內(nèi)容。從氣隙磁場耦合到定子和轉(zhuǎn)子磁場我們都進行優(yōu)化。當電動機的氣隙磁場工作時，電樞繞組會有感應(yīng)電動勢，該轉(zhuǎn)子將電磁力的作用下，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。

四、表面磁鋼永磁無刷電動機的分析

電機的控制，是控制器進行工作的，以電力電子功率變換器的致動器的電傳動控制系統(tǒng)。因為電機發(fā)展的越來越成熟，它的理論成果也很豐富，利用數(shù)字脈沖寬度來進行調(diào)制，又有許多新材料的使用，微電子技術(shù)，伺服系統(tǒng)從步進伺服直流伺服系統(tǒng)，并對永磁無刷直流電機伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程，已成為主流方向。電機的轉(zhuǎn)子是永磁材料擔當，進而產(chǎn)生氣隙磁通，定子充當電樞，直流電動機的電刷是被轉(zhuǎn)子。

1、表面磁鋼永磁無刷電機氣隙磁場解析法

分離變量法的理論

基礎(chǔ)之一是線性疊加原理，故其只能解決線性定解問題。在用分離變量法的過程中多次應(yīng)用疊加原理，不僅方程的解是所有特解的線性疊加，而且處理非齊次方程泛定方程問題時，把方程條件也視為幾種類型疊加的結(jié)果，從而將其“分解”。對于線性疊加原理，其物理表述為：“幾個物理量共同作用產(chǎn)生的結(jié)果，等效于各個物理量單獨作用時各自產(chǎn)生效果的總和”。分離變量法的理論基礎(chǔ)之二是本征函數(shù)系的正交完備性。只有本征函數(shù)系是正交完備的，才能將平方可積的初始條件按本征函數(shù)展開傅氏級數(shù)。

2、表面磁鋼永磁無刷電機空載磁場

如果要準確計算永磁電機的參數(shù)以及性能的話，很重要的前提就是能夠獲得正確的磁場分布然后對電磁場進行分析，進而取代了傳統(tǒng)磁路的計算，然后實現(xiàn)所要完成的工作。是否正確完整的提出具體問題及其數(shù)學模型的關(guān)鍵是我能夠?qū)﹄姶艌鲞M行正確的分析。通過分析磁場永磁電機，從而建立正確的永磁電機的數(shù)學模型。對永磁電機進行解析、分析要用到幾種處理方法，對他們進行分類，主要有傅立葉級數(shù)法，等效磁荷法，以及等效電流法。使用傅立葉級數(shù)法來對內(nèi)容進行分析主要包括直角坐標系、極坐標系著兩種模型。

五、結(jié)論

永磁電機是電機領(lǐng)域的前沿項目。我的論文通過對基本理論的學習，利用表面磁鋼永磁無刷電機氣隙磁場解析法分析的基本理論，通過分離變量法來對表面磁鋼永磁無刷電機的氣隙磁場進行解析。它有很多的特點，不需要電勵磁的線圈，通過使用表面磁鋼，讓電機的等效氣隙變大。一般情況下，氣隙的磁場就由永磁體產(chǎn)生的磁場和電樞反應(yīng)磁場兩部分疊加而成通過對表面磁鋼永磁無刷電機的空載磁場數(shù)學模型的建立和解析解的推導，更加直觀的了解永磁電機的運轉(zhuǎn)性質(zhì)，磁場的模型也會給我們提供一個很真實的模擬磁場線路，永磁電機作為稀土永磁材料的使用器件，對其進行研究和推廣工作，具有十分現(xiàn)實的改進粗放發(fā)展模式的意義，又有良好的經(jīng)濟效益。

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山東省泰安市泰安技師學院