本期瞎想还上一笔账,就是老师在瞎想第七十九期中曾经说过,永磁电机的矩角特性和功角特性都是永磁电机的转矩特性公式,它们是分别在不同限定条件下得出的转矩表达式。关于这两个转矩公式,老师将在后面的瞎想中结合电机的不同结构、不同使用工况和运行条件详细介绍。没想到这个承诺有的宝宝还一直记着呢,有个叫“单桅船”的宝宝就在第八十期的瞎想后面留言催问我什么时候讲这两个公式的区别,看来还是个急性子宝宝,不过说明该宝宝是认真学习老师的文章了,应该鼓励一下,年底评为三好宝宝!好了,废话少扯,我们言归正传。接下来这一期老师就专门讲讲这两个特性的区别和用途。
1 永磁体的等效
众所周知,任何磁场都是由电流产生的,永磁体也不例外,它的磁场是靠分子电流激励产生的,因此,我们可以把永磁体等效成在其侧面存在着一定的励磁面电流,如图1所示,对于已经充好磁的永磁体,其侧面的励磁电流沿充磁方向厚度上的线电流密度是一定的,也就是说,如果永磁体充磁方向上的厚度一定,则励磁电流就是一定的。随着这个永磁体所处的外磁路不同,磁通会有所变化。永磁磁链与励磁电流的关系为:
ψf=If·Ld (1)
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2 永磁转矩和磁阻转矩
关于永磁转矩和磁阻转矩的定义,没有一个严格的说法,不同的文献或不同的前提条件下定义有所不同,即使是同样一个原则的定义,也有不同的解释。例如,永磁转矩的定义为:电枢反应磁场与永磁体相互作用而产生的转矩。这个定义就存在两种解释,一种是永磁磁链ψf与交轴电流Iq相互作用而产生的转矩,即:
Tpm=ψf·Iq (2)
还有另一种解释就是交轴磁链ψq(=Iq·Lq)与永磁体的励磁电流If(=ψf/Ld)相互作用而产生的转矩,即:
Tpm=ψq×If=ψf·Iq·Lq/Ld (3)
由(2)、(3)式可见,两种永磁转矩的定义式就不同,但都符合那个定义,从以上两式还可以看出,对于内嵌式永磁电机通常Lq>Ld,(3)式计算出的永磁转矩比(2)式计算出的永磁转矩大了Lq/Ld倍,只有当Ld=Lq时以上两式所得到的结果才是相同的。
再说磁阻转矩,其定义是:磁场与交直轴磁阻不同的转子相互作用而产生的转矩。这个定义也可以有两种解释,一是电枢反应磁场(即定子电流产生的磁场)与交直轴磁阻不对称的转子作用形成的转矩,按这种解释磁阻转矩即为:
Tdq=Id·Iq(Ld-Lq) (4)
另一种解释是气隙合成磁场与交直轴磁阻不对称的转子作用形成的转矩,按这种解释磁阻转矩即为:
Tdq=(Id+If)·Iq(Ld-Lq)
=Id·Iq(Ld-Lq)+If·Iq(Ld-Lq)
=Iq·Id·(Ld-Lq)+ψf·Iq-ψq·If
(5)
由(4)、(5)式可见,两种磁阻转矩的定义式也不相同。(5)式除了(4)式所反映的电枢反应引起的磁阻转矩Iq·Id·(Ld-Lq)外,还包括了永磁磁场引起的磁阻转矩ψf·Iq-ψq·If。只有当If=0时二者才是相等的。
3 矩角特性
矩角特性是反映定子电枢磁场与永磁转子相互作用而产生的转矩。
Tem=p·(ψd·Iq-ψq·Id)
=p·[(Ld·Id+ψf)·Iq-Lq·Iq·Id]
=p·ψf·Iq+p·(Ld-Lq)·Iq·Id
=p·ψf·Is·sinβ+(1/2)p·(Ld-Lq)·Is²·sin2β
(6)
式(6)即为永磁电机的矩角特性,该式表明,永磁电机的电磁转矩由两部分组成,第一项p·ψf·Iq是永磁磁场与交轴电流相互作用产生的转矩,我们称之为永磁转矩,显然这个永磁转矩就是(2)式所确定的永磁转矩,它是永磁磁链与交轴电流产生的转矩;第二项p·(Ld-Lq)·Iq·Id是由于转子磁路不对称(Ld≠Lq)所致,我们称之为磁阻转矩,显然这个磁阻转矩就是(4)式得到的磁阻转矩,它是仅由电枢电流的磁场作用在交直轴不对称的转子上而产生的转矩,不包括永磁磁场的作用,其大小仅与电枢反应磁场和交直轴磁路的磁阻有关,与永磁体无关。
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