2.1 電機(jī)基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

永磁輔助同步磁阻電機(jī)是通過在同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽中插入永磁體變化而來的，電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

圖2-1 永磁輔助同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)

永磁輔助同步磁阻電機(jī)主要依靠磁阻轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電機(jī)，磁阻轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理是：電機(jī)的定子繞組通入電流產(chǎn)生定子磁場，由于轉(zhuǎn)子交、直軸磁路磁阻不相等，而磁力線總是沿著磁阻最小路徑走，因此只需要控制定子繞組電流的相位，使定子磁場與轉(zhuǎn)子直軸始終保持一定的夾角，電機(jī)就能產(chǎn)生穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。永磁輔助同步磁阻電機(jī)通過在轉(zhuǎn)子中添加永磁體，使永磁體磁場與定子磁場相互作用產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩，相比于同步磁阻電機(jī)，永磁輔助同步磁阻電機(jī)在相同的電流下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩更大。永磁輔助同步磁阻電機(jī)的空間矢量圖如圖2-2所示。

圖2-2 永磁輔助同步磁阻電機(jī)空間矢量圖

矢量圖中，is為定子電流空間矢量，id、iq分別為is的直、交軸分量，Ld、Lq分別為直、交軸電感，ψPM為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，ψ0為is產(chǎn)生的磁鏈，ψs為ψ0與ψPM的合成磁鏈，β是is與d軸的夾角，γ是ψ0與d軸的夾角。

從圖中可以看出，由于電機(jī)d、q軸電感不相同，且q軸電感大于d軸電感，定子繞組電流產(chǎn)生的磁鏈ψ0與定子電流空間矢量is相位不重合，ψ0在相位上滯后于is，并且電機(jī)q軸電感與d軸電感的比值（凸極比）越大，ψ0與is的相位差越大。由于ψ0的感應(yīng)電動勢空間矢量的相位超前ψ090°，因此在同步磁阻電機(jī)中，增大電機(jī)的凸極比，可以減小電壓與電流的相位差，增大電機(jī)的功率因數(shù)。但在正常的工作狀態(tài)下，同步磁阻電機(jī)的ψ0與is的相位差較小，因此電機(jī)的功率因數(shù)較低。但對永磁輔助同步磁阻電機(jī)而言，可以通過調(diào)節(jié)is和ψPM使電機(jī)的合成磁鏈ψs與is相位差接近90°，實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)。

永磁輔助同步磁阻電機(jī)的電壓、磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械運(yùn)動方程如下：

電壓方程

磁鏈方程

ψd=Ldid+ψPM （2-3）

ψq=Lqiq （2-4）

電磁轉(zhuǎn)矩方程

Te=p（ψPMiq+（Ld-Lq）idiq） （2-5）

機(jī)械運(yùn)動方程

式中 ud、uq——電壓空間矢量的直、交軸分量；

ψd、ψq——定子磁鏈直、交軸分量；

id、iq——電流空間矢量的直、交軸分量；

Ld、Lq——直、交軸電感；

ψPM——永磁體產(chǎn)生的磁鏈；

ω——電動機(jī)的電角速度；

R——繞組相電阻；

Te——電磁轉(zhuǎn)矩；

p——電機(jī)極對數(shù)；

J——電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；

Ω——機(jī)械角速度；

RΩ——阻力系數(shù)；

TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行原理，永磁輔助同步磁阻電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩簡化公式如下：

式（2-7）中第一項為永磁磁場與定子磁場相互作用產(chǎn)生的永磁轉(zhuǎn)矩；第二項為由于電機(jī)d、q軸電感不相等而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。