空载性能分析计算

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第五章 计算结果分析
前文通过对电机的尺寸估算确定了电机的尺寸，并且在此基础上对电机的电磁场进行了有限元计算。根据有限元计算结果，可以分析得到电机不同工作状态下的静态特性，将计算出的性能与轧钢辊道驱动电机的要求进行比较，如果不符合要求，则进行尺寸优化调整，得到最终的静态特性和机械特性。本章给出了电机不同运行状态下具体的静态特性和机械特性，分析了电机性能与一些设计参数的关系。
5.1 空载性能分析计算
通过取消绕组电流迭代来计算电机空载时候的电磁场，以得出其磁场分布及气隙磁密特性、电感特性和感应电动势特性等空载特性。 以轴中心为原点，向右为x轴正向，向上为y轴正向，则图中横坐标代表气隙中心线上各点的角度θ′；通过气隙中心线上各单元的磁密，得出电机的空载气隙磁密曲线如上图所示。
可以看出，空载时电机磁路没有趋向饱和，气隙磁密趋于矩形波，齿槽形状对气隙磁密的大小有一定影响，在经过槽口时会突然增大，在经过齿中心处时，会出现较大的尖峰。由于齿槽的存在，使得永磁体与所对着的电枢表面之间的气隙磁阻不均匀，产生磁阻转矩，引起电机输出转矩脉动，这种转矩在电枢绕组没有通电的时候仍然存在，称为齿槽转矩。
是由电枢电流单独作用产生的，与转子主磁场无关。在电感的计算过程中，仍然涉及到如何恰当选择磁通密度的积分路径问题，在电感的计算中，积分路径的选择比计算反电动势时略显复杂。 图 5-2 给出了转子在初始位置角时定子 A 相绕组电流单独作用时所产生的磁场。对于定子一相绕组电流单独作用所产生的磁场来说，由于表面磁极式永磁电动机的等效气隙远大于其他结构型式电机的气隙，从而导致定子电流产生的磁场中有相当一部分磁通量直接通过定子槽或气隙闭合，因此，在电感的计算中，积分路径选在不同的槽高位置时，对计算结果的影响很大，要根据电动机磁场的分布特点选择磁通密度的积分路径。积分路径的起始和终止端通常宜分别位于该相绕组所在槽的槽中心线上。
对于本文所研究的电机，根据图 5-2 中磁力线的分布，积分路径应选在槽内导体顶部所对应的槽高度上；而积分路径的起始端和终止端则分别选在通电相绕组所在槽的槽中心线上，算得 LA为 20.75mH，MAB为 4.8mH。图 5-3 所示为空载时 A 相绕组的自感曲线，其中横坐标代表机械角度。