旋转磁极对在n相均匀分布绕组定子中的受力分析及控制功率管的开关逻辑12.doc

旋转磁极对在n相均匀分布绕组定子中的 运动分析与全桥式控制功率管的开关逻辑 2012.12.26胡其武 永磁直流电机是电机与控制器的综合体，深入了解永磁电机的工作机理，一定要充分了解它的控制逻辑。才能根据需要把电机和控制器做得更完美。我们在深入了解单磁极对在n相均匀绕组中的受力及运动情况，提出了磁极受力分析法及磁势分析法两种办法。前者初步分析，简捷直观；后者精准分析，突出实质。使磁极对运动换向逻辑清清楚楚。对认识多级多相永磁直流电机打好了基础。最后提出绕组功效概念，为设计电机时提供指导和参考。 一、单磁极在磁极磁场下的受力情况 如图1所示，磁极对N固定不动， 图1 图2 另一磁极N自左至右运动或自右至左运动，则运动磁极无论哪个方向接近磁极N，所受为推力。 如图2所示，运动磁极为S极，所受皆拉力。 如图3所示，运动磁极在绕组a下运动自左至右，要使对运动磁极的力保持方向不变，则必须改变绕组a的通电电流方向。变极点在绕组a的磁极中心上。绕组通电为两状态。 图3 定义：运动方向为v不变，磁极绕组为N极，运动磁极为N极在绕组a轴线右侧时，若绕组电流方向为a+，则左侧时绕组电流方向为a-。显然，绕组为S极时，S极在S极右侧为a-，左侧时为a+。如图4所示。运动磁极N，S受力方向不变时，在绕组a左右侧时绕组电流方向两状态。 通电状态 N极 S极 右 a+ a- 左 a- a+ 图4 状态二、永磁极对在n相均勿分布绕组定子中的连续运行时绕组的电流 ①单相绕组 单绕组磁极对，要保证磁极对p连续运动， 在其旋转一周(2)内绕组a换向两次，则绕组a有通电方向两状态a+和a-。如图5所示。 图5 ②多相均匀分布绕组 在磁极对旋转一周2空间内有均匀分布n相绕组，则每个绕组间电角度 式中≤，n为自然数 图6 则绕组电流共有2n个状态。 绕组数 1 2 3 4 5 6 …… 空间角度 360o 180o 120o 90o 72o 60o …… 状态数 2 4 6 8 10 12 …… ③永磁极时电流转换频率与转速关系 对于交流电机，我们知道 式中p——极对数 f——电磁转换频率(交流电频率) n——电机转速 永磁电机是否继续使用呢？ 讨论此问题是为了确定永磁电机中磁滞与涡流损耗对永磁电机来讲磁极每旋转一周T，开关管换向一次，因此频率，仍然适用。此频率为任一绕组换向频率，也是开关管工作的频率。 三、永磁极对的受力计算 设永磁极对有固定磁势为，绕组磁势为Fa 对任一磁路，我们省略其它漏磁，则主磁路为：永磁极对——气隙①——定子磁轭——气隙②，如图7所示，绕组a电流为，匝数为，定转子间气隙长度为。 图7 ①：气隙① ②：气隙② a：绕组a 对图7进行简化，如图8所示，总环路磁势：………① 式中，磁路磁阻，磁路磁通 图8 而本环路磁势： ………② 为绕组磁势与永磁钢磁势之和，基本为常数，………③ 本磁路磁阻RФ为气隙磁阻RФδ、定子磁路磁阻RФa、永磁极磁路磁阻RФN之和。 即RФ=RФδ+RФa+RФa………④ 当RФδ?RФa、RФa时，RФ≈RФδ 而 则………⑤ 而………⑥ 式中为磁阻系数，为气隙长度，为磁钢面积。 很显然，………⑦ 式中为磁极半径，为气隙长度。 根据电磁学知识，我们知道，在电磁感应强度为B的空间，对导磁率为u的磁体吸引力: ………⑧ 式中u——物体的导磁率，B——磁感应强度，A——物体A面积沿B的有效分量 在电机磁路中，由于磁通………⑨ 式中B——磁感应强度 A——有效面积 图9 由式⑥、⑦可知，物体在B中受力 ………⑩ 根据式①， ……… 把式⑨代入式⑧，可知磁极受力 磁力 ……… 四、理想磁极在理想单相定子绕组中的受力与转矩分析 本处设定的理想永磁极NS之间无磁阻，定子无磁轭，N极S极及绕组三点均点受力。三者在单饶组a中受力如图10所示。 将图10进一步简化如图11.