2.4.5 永磁體用量對電機參數(shù)及性能的影響

永磁輔助同步磁阻電機是在同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子槽中插入永磁體變化而來的，本節(jié)主要研究永磁體用量對電機參數(shù)及性能的影響。

在2層永磁體結(jié)構(gòu)的永磁輔助同步磁阻電機上，對比了4種不同永磁體用量電機的參數(shù)和性能，其電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及永磁體分布情況如圖2-26所示。

4種轉(zhuǎn)子的永磁體用量依次增加，其中轉(zhuǎn)子1不含永磁體，即電機為同步磁阻電機，轉(zhuǎn)子2只在內(nèi)層轉(zhuǎn)子槽的中間位置放置永磁體，轉(zhuǎn)子3在內(nèi)層轉(zhuǎn)子槽的中間及兩側(cè)位置放置永磁體，轉(zhuǎn)子4在轉(zhuǎn)子槽的所有位置都放置永磁體。

表2-2對比了4種轉(zhuǎn)子的永磁體用量以及產(chǎn)生的磁鏈。可以看出，隨著永磁體用量的增加，電機磁鏈逐漸增大。此外，各轉(zhuǎn)子單位體積永磁體產(chǎn)生的磁通并不相同，轉(zhuǎn)子2單位體積永磁體產(chǎn)生的磁通最大，轉(zhuǎn)子4單位體積永磁體產(chǎn)生的磁通最小。

圖2-26 不同永磁體用量及分布示意圖

a）轉(zhuǎn)子1 b）轉(zhuǎn)子2 c）轉(zhuǎn)子3 d）轉(zhuǎn)子4

表2-2 不同電機永磁體用量及磁鏈

圖2-27所示為在相同的電流幅值及轉(zhuǎn)速下4種電機的轉(zhuǎn)矩隨電流角的變化曲線。隨著永磁體用量的增加，相同電流下輸出的轉(zhuǎn)矩增大。幾種電機最大轉(zhuǎn)矩/電流的電流角不相同，并且隨著永磁體用量的增加，最大轉(zhuǎn)矩/電流的電流角從135°逐漸向90°方向移動。

通過有限元仿真對比4種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機的磁阻轉(zhuǎn)矩、永磁轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率，結(jié)果如圖2-28所示。增加永磁體用量可以提升磁阻轉(zhuǎn)矩，并且存在一個合適的永磁體用量使得磁阻轉(zhuǎn)矩最大。此外，電機的效率和功率因數(shù)都隨永磁體用量的增加而逐漸升高。

圖2-27 不同電機轉(zhuǎn)矩隨電流角變化曲線（Ia=2A，n=1000r/min）

圖2-28 不同電機轉(zhuǎn)矩、效率及功率因數(shù)的對比

圖2-29計算了4種電機的Ld、Lq、凸極比和凸極差。Lq隨永磁體用量的增加變化不大，Ld隨著永磁體用量的增加先減小后增大。轉(zhuǎn)子2的凸極比和凸極差都是最大的，磁阻轉(zhuǎn)矩也最大。

圖2-29 不同電機電感及凸極比對比

在最大電壓及最大電流一定時，4種電機輸出轉(zhuǎn)矩及輸出功率隨轉(zhuǎn)速的變化曲線如圖2-30和圖2-31所示。隨著永磁體用量的增多，電機輸出轉(zhuǎn)矩逐漸增加，但實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出的最大轉(zhuǎn)速會下降。在同樣的轉(zhuǎn)速下，隨著永磁體用量的增多，電機的輸出功率會有所提升，并且恒功率輸出的轉(zhuǎn)速范圍變大。

圖2-30 不同電機輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化曲線

圖2-31 不同電機輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化曲線