環形繞組盤式永磁電機弱磁控制
黃聲華 童 懷 葛永強 （華中理工大學武漢430074）
【摘 要】提出了一種環形繞組盤式永磁電機弱磁控制新方法，該方法采用附加直流繞組產生定子附加磁通的手段降低定子鐵心的導磁率增加定子磁壓降，達到削弱氣隙主磁通的目的。采用文中提出的弱磁方法不會使氣隙主磁通波形發生畸變，控制簡單，弱磁效果明顯。
【敘 詞】環形繞組永磁電機弱磁控制
1 引 言
軸向磁場環形繞組盤式永磁電機（簡稱盤式永磁電機）是一種結構新穎的高效電機，它既可作發電機運行，也可作電動機運行。電機的結構由兩片裝有永磁磁極的外轉子和一個帶有三相環形繞組的內定子組成，配以電子換向開關即可構成性能優良的無刷直流電動機系統。盤式永磁電機除了具有傳統永磁電機的優點外，還具有低速轉矩大、效率高、結構簡單、軸向尺寸短，便于直接與驅動機械裝配成整體等優點，是一種很有發展前途的新型電機。
但是，與傳統永磁電機類似，盤式永磁電機也存在弱磁困難這一弱點。這是因為此類電機的永磁體較頑力強，并有較大的等效氣隙，一般的電樞反應磁通很難明顯削弱永磁體產生的主磁通。采用特殊結構設計的永磁電機雖然可以達到有效弱磁目的，但又存在控制復雜氣隙磁逋波形易畸變、可能造成永磁體****去磁危險等弊端[2 3]。
作者利用環形繞組盤式永磁電機磁場分布的特殊性，在盤式定子鐵心上增加一個直流繞組，控制直流繞組中的電流，即可改變定子鐵心的導磁率，進而調節定子磁路磁壓降，達到削弱氣隙主磁通的目的，采用這種弱磁方法不會對永磁體產生去磁作用，也不會對原氣隙主磁通波形產生明顯的畸變。由于這種弱磁控制已完全獨立于電樞電流的控制，因此不僅可以用于電動機運行狀態時的弱磁擴速功能，還可以實現發電機運行狀態的電壓調節功能。
2弱磁原理
在圖1所示電機結構圖中，定子由硅鋼帶卷繞成的盤狀鐵心及其上纏繞的環形三相繞組構成（見圖2）。圖中僅畫出部分三相繞組。如果定子在鐵心上均布纏繞一套直流繞組no通以大小可控的直流電流i0，即可在定子鐵心中產生一個附加閉合磁通。。增加直流電流值，也即增加磁通，使定子鐵心飽和程度增加，從而改變定子鐵心的導磁率。為了清晰起見，圖2中直流繞組n。畫成局部集中繞組，其效果與均布直流繞組相同，但均布繞組便于電機結構設計。
圖3可進一步說明附加直流繞組實現弱磁控制的原理。圖中帶箭頭實線是永磁體產生的交變主磁通西，帶箭頭虛線是直流繞組產生的附加單向磁通。在一部分定子磁路中西。與西迭加，使這部分磁路飽和度增加，鐵心導磁率下降。在另一部分定子磁路。相減，但由于電機設計使定子鐵心僅含主體磁通西時工作在臨界飽和狀態。所以相減后，鐵心導磁率變化很小，最后的綜合效果仍是鐵心導磁率。隨附加單向磁通。增加而明顯下降，導磁率下降，使得定子鐵心磁壓降增加，從而使主磁通垂下降達到弱磁的效果。
3 弱磁控制電路
由于鐵質材料的剩磁效應，當直流繞組中電流下降到零時，定子鐵心仍存在一定的剩磁，其鐵心導磁率。無法逐原到初始狀態。為此，采取了兩種解決辦法，一是定子鐵心開一個小氣隙槽（見圖4）。由于氣隙的存在，定子鐵心上的直流繞組產生的磁通將經過該氣隙，其去磁效應被削弱，直流繞組中的電流可以采用單極性控制，具體控制電路見圖5該方案的優點是控制電路簡單、成本低，但定子鐵心開氣隙槽勢必增加定子鐵心加工的困難，而且會影響弱磁效果。
另一方案是采用雙極性電流控制，控制電路見圖6。當需要弱磁控制時，控制直流繞組電流為正，當不需要弱磁控制時，根據鐵磁材料的特性，應將直流繞組電流控制為負，使定子鐵心的導磁率還原為初始 |
