驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁性能分析

為了確保計(jì)算的準(zhǔn)確性，有必要針對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁性能進(jìn)行分析與校核。在此利用有限元法對驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行在空載、轉(zhuǎn)矩過載、高速弱磁等工況以及短路去磁情況進(jìn)行了分析與計(jì)算。永磁電機(jī)中磁鋼與有槽電樞鐵心相互作用而致使氣隙磁導(dǎo)發(fā)生了改變，從而不可避免地產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲與振動(dòng)，進(jìn)一步地將影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度。很多削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法被提出，比如斜槽、斜極、優(yōu)化槽開口、優(yōu)化極弧與磁鋼形狀等。其中斜槽方法不僅驅(qū)動(dòng)技術(shù)成熟、生產(chǎn)工藝簡單、效果很好，而且其獲得的反電動(dòng)勢波形極其正弦。圖1為驅(qū)動(dòng)電機(jī)斜槽前后齒槽轉(zhuǎn)矩的對比，斜槽前齒槽轉(zhuǎn)矩占總額定負(fù)載時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的2%,斜槽后，齒槽轉(zhuǎn)矩基本削弱。1500r/min時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反電動(dòng)勢計(jì)算結(jié)果如圖2所示。由于斜槽使得反電動(dòng)勢更加正弦，其諧波含量大幅度地減小。

圖1：驅(qū)動(dòng)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩圖

圖2：反電動(dòng)勢計(jì)算值

高轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)能使電動(dòng)汽車獲得較好的爬坡能力與加速性能。然而，高轉(zhuǎn)矩過載時(shí)容易使電機(jī)鐵心飽和，致使峰值電流輸入時(shí)也輸出不了峰值轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)空載反電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高，反電動(dòng)勢越大，所以，在沒有弱磁電流情況下電機(jī)端電壓也就越大。然而，在恒定的直流母線電壓情況下，控制器輸出電壓有上限，這就意味著高轉(zhuǎn)速的輸出需要依靠增加d軸電流來削弱主磁場，使氣隙合成反電動(dòng)勢基本維持不變來實(shí)現(xiàn)。

磁鋼發(fā)生不可逆去磁將使環(huán)球電機(jī)性能包括額定電壓、額定功率等都會(huì)削弱，從而影響其正常使用。如果此時(shí)電機(jī)還按額定工況或過載工況的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工作，去磁電樞磁勢與溫升將會(huì)使磁鋼去磁更加嚴(yán)重，加速這種惡性循環(huán)。因此，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)有必要針對其進(jìn)行最大去磁工作點(diǎn)校核。當(dāng)永磁電機(jī)發(fā)生短路時(shí)，電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁勢幾乎是一個(gè)純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢，因此，磁鋼去磁分析應(yīng)重點(diǎn)考慮這類情況。從磁鋼表面磁密分布情況可知，兩類情況下磁鋼均有不同程度的失磁，其中不對稱三相短路時(shí)，磁鋼去磁面積最大，但最大磁鋼去磁面積小于0.2%。

整個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)測試系統(tǒng)主要有直流電源、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、無刷控制器、冷卻水系統(tǒng)、扭轉(zhuǎn)傳感器、功率分析儀以及示波器。其中直流電源的主要作用為將電網(wǎng)中三相交流電整流成直流輸入驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制器供測試系統(tǒng)使用。在電機(jī)測試時(shí)采用了兩臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)對拖的方式進(jìn)行測試，測試時(shí)，其中一臺電機(jī)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)，另一臺電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻水由冷卻水箱提 供，冷卻水先由外接水泵抽入驅(qū)動(dòng)電機(jī)對其進(jìn)行冷卻后，最后流入冷卻水箱循環(huán)?？刂破鞑捎脧?qiáng)迫風(fēng)冷進(jìn)行冷卻。