永磁無刷電機的建模與仿真分析探討

摘 要：本文以永磁無刷電極為研究對象，分別從變量參考正向與坐標原點的確定、以及電磁轉矩與反電動勢的確定這兩個方面入手，闡述了永磁無刷電極的建模流程，進而采取仿真分析的方式，證實上述建模方法在運算效率方面的突出優勢。同時，仿真數據還證實：按照上述建模方式，能夠使仿真處理中的復雜程度得到了顯著降低，從而可進一步加以研究與應用。

關鍵詞：永磁無刷電機；建模；仿真

1 永磁無刷電極建模分析

1.1 建模變量參考正方向與坐標原點的確定

為在建模過程當中特別突出永磁無刷電機模型的基本原理，需要在建模分析的過程當中，需要作出以下幾個方面的假設：（1）永磁無刷電極三相繞組處理完全對稱的狀態之下，同時可按照集中繞組的方式進行處理。此狀態下的極對數取值為1；（2）永磁無刷電極磁場各向均表現為同性狀態，且可在建模過程當中忽略磁場飽和因素對其所造成的影響；（3）在永磁無刷電機建模過程當中，可忽略氣隙磁場受電樞反應的影響情況。結合上述基本建設，可推定：在整個永磁無刷電機的建模過程當中，電機繞組需要沿氣隙磁場圓周而展開，同時，為更加方便與有效的考量建模過程中的變量正方向以及坐標原點，永磁無刷電機狀態變量參考方向可從以下幾個方面加以考量：（1）永磁無刷電機順時針轉動方向為轉動正向；（2）a/b/c相電流經由繞組ax、bx、cx的a/b/c端流出繞組電流推定為正向電流；（3）繞組ax、bx、cx的a/b/c端所在位置確定為氣隙圓周的坐標原點，該原點定義為θp應當取值為0；（4）轉子初始位置為：轉子磁場N極軸線與氣隙圓周坐標原點重合位置。

1.2 電磁轉矩與反電動勢的確定

結合上述來看，θp被定義為氣隙圓周上某特定點的坐標位置，同時，θ則定義為轉子相對于原始位置所表現出的角位移情況。按照上述方式，不難發現，轉子在氣隙圓周該特定點位置所產生的磁感應強度指標應當如下式所示：

（1）Bmf（θp-θ）

在該表達式當中，Bm定義為磁密幅度取值；f（θp-θ）定義為轉子磁密所對應分布函數。該分布函數的表現形式直接受到永磁無刷電機自身結構的影響，但在數值取值大小上，僅與定轉子相對位置表現出相關性關系。按照上述分析，即可通過對該函數奇偶性的分析，判定氣隙圓周特定位置相對于轉子所產生磁感應強度的大小。

2 永磁無刷電機仿真分析

在上述分析作用之下，不難發現，整個永磁無刷電機的電路模型基本是由以下幾個部分所構成的：（1）磁密分布函數；（2）反電動勢計算；（3）電磁轉矩；（4）電樞等效電路；（5）運動方程。具體的電路模型結構示意圖如圖所示（見圖1）其中，（1）部分需要結合對永磁無刷電機所處位置的判定，達到對氣隙磁密數值的合理計算；（2）部分需要結合對永磁無刷電機所在位置具體坐標以及單位時間內轉動速度的判定，以求余運算的方式計算得出相對應的反電動勢數值；（3）部分需要結合等效電路計算得出a、b、c三相繞組電流大小；（4）部分需要達到計算電磁轉矩取值的計算處理；（5）則需要判定電機的具體速度與位置。

按照上述模型，在永磁無刷電機保持空載起動狀態下，定義額定電壓400V，額定電流25A，相繞組電阻0.266Ω等基本條件，所得出的永磁無刷電機轉矩、轉速波形示仿真結果不難發現：整個建模方法下的計算難度低、效率高，省去了傳統意義上的無中線操作步驟，適應性能力突出，可將其作用力對多相永磁無刷電機的建模及應用工作中。

參考文獻

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[2]廖連瑩，王仲范，鄧亞東等.電動汽車永磁無刷直流電機鍵合圖建模與仿真[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2003，25（6）：192-195.

作者簡介：王圖（1984，5-），男，浙江平陽，浙江三星機電股份有限公司，助理工程師。

應新樂（1985，6-），男，浙江平陽，浙江三星機電股份有限公司助理工程師。

蔡清理（1986，3-），男，浙江平陽，浙江三星機電股份有限公司助理工程師。