同步電機之關(guān)于永磁磁路的特點

    永磁電機的設(shè)計計算與電勵磁電機設(shè)計計算有很大不同，這是因為永磁磁路有很多特點所致，永磁磁路的主要特點：

l）永磁體向外部磁路提供的磁動勢是變化的，這種變化主要取決于材料的磁性能、永磁體的尺寸、結(jié)構(gòu)及環(huán)境對它的影響，為了準(zhǔn)確得出電機的性能，對于電機的重要參數(shù)必須要準(zhǔn)確計算。

2）當(dāng)永磁材料和形狀尺寸確定后，其所提供的磁動勢就基本確定，因此對永磁體的設(shè)計是一個十分重要的問題，因為它直接影響到電機的性能。

3）由于永磁電機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其磁動勢分布也十分復(fù)雜，確切地說，永磁電機磁場分布是一個邊界條件復(fù)雜的三維時變磁場，關(guān)于這個磁場的計算是十分困難的，目前雖然專家做了大量的工作，但是作為工程上可以準(zhǔn)確計算的程序還沒有應(yīng)用。

鑒于上述情況，工程上常常用一種“路”和“場”結(jié)合的辦法，即對于永磁電機磁路有規(guī)律分布的一些系數(shù)和參數(shù)采用磁場有限元法進行大量的優(yōu)化設(shè)計，從而確定一些設(shè)計參數(shù)和系數(shù)，然后再利用等效磁路法進行計算。利用這種方法來設(shè)計計算，計算結(jié)果雖不十分準(zhǔn)確，但仍可滿足工程上的需要。

3 . 2永磁電機磁路圖解法

磁路圖解法是永磁電機早期應(yīng)用的方法，因為早期研究永磁材料大部分是非線性，應(yīng)用圖解法能直接畫出永磁體工作圖，可以清晰地看出各種因素的影響和工作點與拐點的關(guān)系，即使現(xiàn)在圖解法也常常是解析法的補充。

3 . 2 . 1永磁磁路磁體工作圖

磁體工作圖是研究磁路的基礎(chǔ)，也是分析永磁磁路的主要方法，為了分析永磁磁路各參數(shù)間關(guān)系，我們首先從磁體工作圖人手。繪制永磁材料的磁體工作圖時，首先在中一F坐標(biāo)中，作出相應(yīng)永磁材料的退磁曲線，然后再根據(jù)外磁路結(jié)構(gòu)尺寸，求出磁導(dǎo)A 。，進一步繪出具有一定磁導(dǎo)的外磁路磁導(dǎo)線，如圖3一1中O尸，我們稱O尸為永磁體的空載工作線，磁導(dǎo)線與退磁曲線的交點A即為空載工作點。電機負(fù)載后，電樞反應(yīng)磁場將對永磁體磁場產(chǎn)生去磁作用，設(shè)電樞反應(yīng)磁場磁動勢為Fa 。，則可將空載工作點向左右平移，。為空載漏磁系數(shù)，為空載時永磁體提供的總磁通與有效磁通之比），所得曲線為負(fù)載時外磁路磁導(dǎo)線OR，與退磁曲線交點A .，被稱為負(fù)載工作點（OA 、 QAI則為外磁路不飽和時情況）。如第l章所述，永磁體工作點實際上在回復(fù)直線上，由此可見，這時空載與負(fù)載工作點A ( A '）、 A .（州）與退磁曲線相比將有所降低，如圖3一2所示。如永磁體退磁曲線為線性，其退磁曲線與回復(fù)直線基本重合。

3 . 2 . 2回復(fù)直線

起始點K的確定回復(fù)直線起始點K的位置確定了永磁體所提供的磁通和磁動勢，也反映了永磁體磁能利用的好壞，所以回復(fù)直線起始點的確定是十分重要的。

永磁電機在運行時，如果遇到意外情況，使得去磁磁場強度超過原來預(yù)想情況，這時回復(fù)直線的起始點低于K點，回復(fù)直線也要低于天肘線，也就是說此時永磁體工作在回復(fù)直線以下，永磁體磁通發(fā)生了變化，永磁電機性能也發(fā)生了變化。為了防止這種情況發(fā)生，對于非線性退磁曲線的永磁體必須事先進行穩(wěn)磁處理。穩(wěn)磁處理的磁場強度一般是對發(fā)電機短路狀態(tài)去磁磁場強度，而對電動機則是堵轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時的磁場強度。穩(wěn)磁后，使得永磁體磁能利用率提高了，而且也使永磁電機性能不致發(fā)生變化。對于退磁曲線是線性永磁體則不需要穩(wěn)磁，因為這時退磁曲線與回復(fù)直線重合，永磁體在回復(fù)直線（即退磁曲線）任意點移動，都不會影響磁路工作點的性能。

3 . 2 . 3永磁體最佳工作點的選擇

為了充分利用永磁體的磁能，應(yīng)該將永磁體的工作點選取在磁能積最大的一點。作為永磁體工作點，以線性退磁曲線為例，由數(shù)學(xué)分析可知，此工作點應(yīng)在退磁曲線的中點上，即叭F 。的中點A上（見圖3一3）。則最大磁能積：

    然而在永磁電機中存在漏磁通，實際參與機電能量轉(zhuǎn)換的只是氣隙磁場中的有效磁能而不是永磁體的總磁能，因此永磁體最佳工作點就應(yīng)選在有效磁能的最大點A點上?？紤]到永磁電機中的漏磁路存在，如圖3-4中，oA．為漏磁導(dǎo)線，則有效磁能積正比于四邊形的面積，為使四邊形面積最大，永磁體最佳工作點應(yīng)是巾：A．的中點A點。