同步电机之关于永磁磁路的特点

    永磁电机的设计计算与电励磁电机设计计算有很大不同，这是因为永磁磁路有很多特点所致，永磁磁路的主要特点：

l）永磁体向外部磁路提供的磁动势是变化的，这种变化主要取决于材料的磁性能、永磁体的尺寸、结构及环境对它的影响，为了准确得出电机的性能，对于电机的重要参数必须要准确计算。

2）当永磁材料和形状尺寸确定后，其所提供的磁动势就基本确定，因此对永磁体的设计是一个十分重要的问题，因为它直接影响到电机的性能。

3）由于永磁电机结构的复杂性，其磁动势分布也十分复杂，确切地说，永磁电机磁场分布是一个边界条件复杂的三维时变磁场，关于这个磁场的计算是十分困难的，目前虽然专家做了大量的工作，但是作为工程上可以准确计算的程序还没有应用。

鉴于上述情况，工程上常常用一种“路”和“场”结合的办法，即对于永磁电机磁路有规律分布的一些系数和参数采用磁场有限元法进行大量的优化设计，从而确定一些设计参数和系数，然后再利用等效磁路法进行计算。利用这种方法来设计计算，计算结果虽不十分准确，但仍可满足工程上的需要。

3 . 2永磁电机磁路图解法

磁路图解法是永磁电机早期应用的方法，因为早期研究永磁材料大部分是非线性，应用图解法能直接画出永磁体工作图，可以清晰地看出各种因素的影响和工作点与拐点的关系，即使现在图解法也常常是解析法的补充。

3 . 2 . 1永磁磁路磁体工作图

磁体工作图是研究磁路的基础，也是分析永磁磁路的主要方法，为了分析永磁磁路各参数间关系，我们首先从磁体工作图人手。绘制永磁材料的磁体工作图时，首先在中一F坐标中，作出相应永磁材料的退磁曲线，然后再根据外磁路结构尺寸，求出磁导A 。，进一步绘出具有一定磁导的外磁路磁导线，如图3一1中O尸，我们称O尸为永磁体的空载工作线，磁导线与退磁曲线的交点A即为空载工作点。电机负载后，电枢反应磁场将对永磁体磁场产生去磁作用，设电枢反应磁场磁动势为Fa 。，则可将空载工作点向左右平移，。为空载漏磁系数，为空载时永磁体提供的总磁通与有效磁通之比），所得曲线为负载时外磁路磁导线OR，与退磁曲线交点A .，被称为负载工作点（OA 、 QAI则为外磁路不饱和时情况）。如第l章所述，永磁体工作点实际上在回复直线上，由此可见，这时空载与负载工作点A ( A '）、 A .（州）与退磁曲线相比将有所降低，如图3一2所示。如永磁体退磁曲线为线性，其退磁曲线与回复直线基本重合。

3 . 2 . 2回复直线

起始点K的确定回复直线起始点K的位置确定了永磁体所提供的磁通和磁动势，也反映了永磁体磁能利用的好坏，所以回复直线起始点的确定是十分重要的。

永磁电机在运行时，如果遇到意外情况，使得去磁磁场强度超过原来预想情况，这时回复直线的起始点低于K点，回复直线也要低于天肘线，也就是说此时永磁体工作在回复直线以下，永磁体磁通发生了变化，永磁电机性能也发生了变化。为了防止这种情况发生，对于非线性退磁曲线的永磁体必须事先进行稳磁处理。稳磁处理的磁场强度一般是对发电机短路状态去磁磁场强度，而对电动机则是堵转或反转时的磁场强度。稳磁后，使得永磁体磁能利用率提高了，而且也使永磁电机性能不致发生变化。对于退磁曲线是线性永磁体则不需要稳磁，因为这时退磁曲线与回复直线重合，永磁体在回复直线（即退磁曲线）任意点移动，都不会影响磁路工作点的性能。

3 . 2 . 3永磁体最佳工作点的选择

为了充分利用永磁体的磁能，应该将永磁体的工作点选取在磁能积最大的一点。作为永磁体工作点，以线性退磁曲线为例，由数学分析可知，此工作点应在退磁曲线的中点上，即叭F 。的中点A上（见图3一3）。则最大磁能积：

    然而在永磁电机中存在漏磁通，实际参与机电能量转换的只是气隙磁场中的有效磁能而不是永磁体的总磁能，因此永磁体最佳工作点就应选在有效磁能的最大点A点上。考虑到永磁电机中的漏磁路存在，如图3-4中，oA．为漏磁导线，则有效磁能积正比于四边形的面积，为使四边形面积最大，永磁体最佳工作点应是巾：A．的中点A点。