雙凸極永磁電機基本結構及工作原理

? ? 雙凸極永磁電機(Doublysalientpermanentmagnetmotor,簡稱DSPM)是隨著功率電子學和微電子學的飛速發展在90年代剛剛出現的一種新型的機電一體化可控交流調速系統[1～6]。該系統由雙凸極永磁電機、功率變換器、位置傳感器和控制器四部分組成。電機定轉子結構外形與開關磁阻電機相似,呈雙凸極結構,但它在轉子(或定子)上放有永磁體,從而使運行原理和控制策略與開關磁阻電機有本質區別。DSPM系統的主要優點是結構簡單、控制靈活、動態響應快、調速性能好、轉矩/電流比大,可實現各種特殊要求的轉矩/轉速特性,功率因數接近于1,效率高,是電工學科近年來繼開關磁阻電機之后又一全新的研究方向。

1、基本結構和工作原理：

? ? DSPM電機的基本結構與開關磁阻電機類似,其定、轉子均為凸極齒槽結構,定子和轉子鐵芯由硅鋼片疊壓而成,定子上裝有集中繞組,空間相對的兩個定子齒上的繞組串聯構成一相,轉子無繞組,按永磁體安放位置不同,可分為定子永磁型和轉子永磁型。圖1為三相6/4極DSPM電機截面圖。

? ? 定子極弧為定子齒距的1/2,即P/6機械角,這樣可以保證一個極下轉子齒與定子齒的重疊角之和恒等于轉子極弧,而與轉子位置無關 [1,8] ,從而使合成氣隙磁導為一常數,磁鐵工 作點將不隨轉子位置角H改變。這不僅保證電機靜止時無定位力矩,而且保證任一相定子繞組所交鏈的永磁磁鏈僅與該相磁導成正比。要求轉子極弧稍大于定子極弧以保證電流換向。由于定子(或轉子)嵌入了低磁導率的永磁體,對電樞反應磁通來講永磁體形成了一個高磁阻路徑,因此繞組電感在氣隙磁導大處(H=45°時)達到一個較小值,這一方面使電流迅速換向成為可能,另一方面使磁場儲能Wf=1/2Li2較小,電機的能量轉換率高(接近于1)。?

? ? 當相繞組中通入電流時,將在轉子上產生一轉矩

? ? 式中L,Wm分別為繞組電感和永磁磁鏈。由于永磁轉矩3m遠大于磁阻轉矩Tr,因此可以在 5Wm/5H H時通入正電流,電機在正負半拍均產生正轉矩,這一特點使DSPM電機的單位體積出力比開關磁阻電機成倍增加。轉矩T的大小既可以通過控制電流大小或導通區間來實現,也可以采用單拍或雙拍的運行方式來控制,改變電流的極性和導通順序,即可改變轉矩方向,因此DSPM電機可以方便地實現四象限運行,控制十分靈活。DSPM電機在功率變換器件的選擇上也非常靈活,既可以像磁阻電機一樣選擇單極性功率變換器件,也可以像一般永磁直流無刷電機一樣選擇雙極性功率變換器件。圖2為三相6/4極DSPM電機驅動原理圖,圖中采用雙極性功率變換器,并帶有一條中性線以便電流換向。