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六相永磁同步电机的设计(一)

2016/11/4    来源:互联网    作者:刘家琦      
关键字:多相电机  有限元分析  绕组开路  
多相永磁同步电机具有高可靠性和容错性,转矩波动小,功率密度高,特别适合应用于电动汽车领域。本文设计了一台12kW48槽46极的六相外转子永磁同步电机,并对其工作原理和容错性能进行了分析。

    2.2.2 半十二相绕组排布的磁动势分析

    首先对相数为m的电机进行磁动势分析。假设电机每对极有m个均匀的相带,空间上每个相带占2∏/m电角度,每相绕组占据一个相带,则相邻两个相绕组互差2∏/m空间电角度。当这m相绕组的电流依次在时间相位上互差2∏/m电角度时,以其中一个相绕组的轴线作为空间零点,通电的相位设为0,此时该相绕组产生的磁动势见公式1。式中:

公式1 磁动势

公式1 磁动势

    V=1,2,3·····

    F1——一相绕组产生的极对数为v的磁动势;

    Ⅳ——每相串联匝数;

    I——每相电流有效值;

    kNv——第V次谐波每相绕组系数。

    类似地,我们能够得到其他m-l相绕组产生的磁动势为:

公式2 m-l相绕组产生的磁动势

公式2 m-l相绕组产生的磁动势

     利用积化和差公式,m相磁动势的合成磁动势1,次谐波为:

公式3 次谐波

公式3 次谐波

    在上式中,只有在km=v-l或是km=v+l时,即v=km±1才会存在F≠0,否则F就可以看成两组m个等大均匀辐射状分布的矢量合成后在某一方向上的投影的叠加,而在v≠km±1这种情况下这些矢量的合成恒为零矢量,故F也恒为零。当磁动势次数为v=km+1时,磁动势的旋转方向与绕组通电的顺序相同,旋转磁动势为正转波。当磁动势次数为v=km-1时,磁动势的旋转方向与绕组通电的顺序相反,旋转磁动势为反转波。

    半十二相电机虽然只有六相绕组,但从磁动势的角度来看,它与十二相电机是相似的,只是磁动势的幅值减半。因此将m= 12代入式中,得到半十二相电机产生的磁动势谐波次数v=12k土1。其中1,13,25次谐波磁动势是正转波,11,23次谐波磁动势为反转波。对于48槽的半十二相电机,考虑到槽数与极数接近时绕组因数最大,此时能够获得较高的转矩密度,特别适合应用于需要直接提供转矩的电动汽车领域,因此23对极和25对极是比较理想的选择。本文采用48槽46极的极槽配合方案,电机具有较大的功率密度。同时,定子采用分数槽绕组能够削弱齿槽转矩,能够降低绕组的端部长度,减小电枢绕组的端部损耗。电机的槽电势星形图及相带划分如图2—2所示。

图2-2 48槽槽电势星形图及相带划分

图2-2 48槽槽电势星形图及相带划分

责任编辑:马倩
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