驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁性能分析

為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁性能進(jìn)行分析和檢查。本文采用有限元方法對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在空載、轉(zhuǎn)矩過載、高速弱磁和短路退磁情況下進(jìn)行了分析和計(jì)算。永磁電機(jī)中磁鋼與開槽電樞鐵芯的相互作用導(dǎo)致氣隙磁導(dǎo)率的變化，不可避免地產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲和振動(dòng)，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度。提出了許多削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，如斜槽、斜極、優(yōu)化槽開度、優(yōu)化極弧和磁鋼形狀等。其中滑槽法不僅驅(qū)動(dòng)技術(shù)成熟、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、效果好，而且反電動(dòng)勢(shì)波形極其正弦。圖1顯示了斜槽前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的比較。恒載荷下溜槽前的齒槽轉(zhuǎn)矩占總電磁轉(zhuǎn)矩的2%，但溜槽后齒槽轉(zhuǎn)矩基本減弱。在1500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。由于斜槽使反電動(dòng)勢(shì)更加正弦化，其諧波含量大大降低。

圖1:驅(qū)動(dòng)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩圖

圖2:反電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算值

高扭矩過載倍數(shù)可以使電動(dòng)汽車獲得更好的爬坡能力和加速性能。但高轉(zhuǎn)矩過載時(shí)，容易使電機(jī)鐵芯飽和，使峰值電流輸入時(shí)無法輸出峰值轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)空載反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高反電動(dòng)勢(shì)越大，所以無弱磁電流時(shí)電機(jī)端電壓越大。但在DC母線電壓不變的情況下，控制器的輸出電壓有一個(gè)上限，這意味著高速輸出需要通過增加D軸電流來削弱主磁場(chǎng)，使得氣隙的合成反電動(dòng)勢(shì)基本保持不變。

磁鋼的不可逆退磁會(huì)削弱萬能電機(jī)的性能，包括額定電壓和額定功率，從而影響其正常使用。如果電機(jī)仍然按照額定工況或過載工況的設(shè)計(jì)要求工作，退磁電樞磁勢(shì)和溫升會(huì)使磁鋼退磁更加嚴(yán)重，加速這種惡性循環(huán)。因此，在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，有必要檢查最大退磁工作點(diǎn)。永磁電機(jī)短路時(shí)，電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁勢(shì)幾乎是純退磁的直軸磁勢(shì)。所以在磁鋼退磁分析中要考慮這種情況。從磁鋼表面的磁密分布可以看出，磁鋼在兩種情況下都有不同程度的退磁，其中磁鋼在不對(duì)稱三相短路時(shí)退磁面積最大，但磁鋼的最大退磁面積小于0.2%。

整個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)主要包括DC電源、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、無刷控制器、冷卻水系統(tǒng)、扭矩傳感器、功率分析儀和示波器。其中，DC電源的主要功能是將電網(wǎng)中的三相交流電整流成DC輸入，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器供測(cè)試系統(tǒng)使用。在電機(jī)測(cè)試中，兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于測(cè)試拖拉機(jī)。在測(cè)試中，一個(gè)電動(dòng)機(jī)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的冷卻水由冷卻水箱供應(yīng)，由外部水泵泵入驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行冷卻，最后流入冷卻水箱進(jìn)行循環(huán)。控制器通過強(qiáng)制空氣冷卻來冷卻。