[发明专利]宽弱磁调速范围永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽弱磁调速范围永磁同步电机，属于电机技术领域。

背景技术

永磁同步电机由于采用永磁材料提供励磁，而导致其励磁不易调节。永磁同步电机具有反电势基本上和转速成正比的特性，当电机端电压随转速升高到逆变器能够输出的最大电压之后，由于逆变器容量的限制，电机绕组不能再灌入电流，因而无法在高速下维持恒功率运行。永磁同步电机的这一缺陷严重限制了它的进一步应用。因此，如何扩展永磁同步电机的恒功率运行范围，已经成为永磁同步电机的一个重要课题。

永磁同步电机的电压方程式如下：

u=ω(Lqiq)2+(Ldid+ψf)2,]]>

式中u为电压，ω为电角速度，L_q为交轴电感，i_q为电流交轴分量，L_d为直轴电感，i_d为电流直轴分量，ψ_f为永磁磁链，

当永磁同步电机弱磁运行时，在端电压达到极限值、电流达到极限值的情况下，它可以运行到任意高速的的条件是：

ψ_f＝L_di_lim，

式中i_lim为为电流极限值。

实际上，由于永磁同步电机直轴磁路上存在磁导率较大的永磁体，使得电机的直轴电感不可能做得很大。因此ψ_f＝L_di_lim的关系一般难以达到。对于实际的永磁同步电机，一般有：

ψ_f＞＞L_di_lim，

由此可以看出，提高永磁同步电机的最高转速可采取的主要方法有：第一，减小磁链ψ_f；第二，增大i_lim；第三，增大L_d；第四，提高电机极限电压u_lim；第五，采用前四种方法的组合。

而提高电机的极限电压和极限电流势必会增加系统中逆变器的容量，从而提高系统的制造成本。因此采用某种方式来减小永磁磁链ψ_f并增大直轴电感L_d，使之满足或接近式ψ_f＝L_di_lim所示的关系，是比较理想的永磁同步电机“弱磁”扩速措施。

为此，很多学者对电机结构进行了多种改造，这些改造大致分为如下两类：一：减小永磁磁链：过去永磁体产生的励磁磁动势一直被认为无法调节，后来德国学者VladoOstovic把铝镍钴做为电机的励磁材料，它可以直接调节电机励磁磁场；哈尔滨工业大学利用了离心运动原理，实验证明也可以直接调节电机励磁磁场。

二：增加定子直轴电感：在这方面，英国曼彻斯特理工大学的B.J.Chalmers将电机的转子在轴线方向上设计成磁路上独立的两段-永磁段和磁阻段，将磁阻段转子磁阻比较小的轴线与永磁段转子的直轴轴线重合；美国俄亥俄州立大学的徐隆亚在转子外表面加了一层软磁材料；斯洛文尼亚马里博尔大学的Boian Stumberger教授采用永磁体分段的转子结构；美国威斯康星大学麦迪逊分校的Ayman M.EL-Refaie把电机做成了分数槽集中绕组形式，这些结构无一例外的增加了电机的直轴电感，增加了有限电流调节定子匝链的能力。