稳态运行的数学模型电压方程对于4相8/6极DSPM发电机,有:E=dΨdt=U+RI(1)即有矩阵形式的电压方程:U=dΨdt-RI(2)式中:E为感应电势,U为定子相绕组电压,I为定子相绕组电流,Ψ为合成磁链相量。
E= 磁链方程对于4相8/6极DSPM发电机,有矩阵形式的气隙合成磁链方程:Ψ=Ψpm-LI(3)式中:Ψpm为永磁磁链,L为绕组自感,L= 电流方程假设电感和永磁磁链仅是转子位置角的函数,与电流无关,则有:dΨdt=dΨpmdt-LdIdt-IdLdt=dΨpmdθω-LdIdt-IdLdθω(4)将式(4)代入式(2)并经适当简化,可得DSPM发电机的状态方程如下:dIdθ=1ωL-1ωdΨpmdt-U-IdLdθω-RI(5)用数值方法求解式(5),便可求得DSPM发电机的各相电流。 转矩方程根据机电能量转换原理<3>可知:T(θ,i)=5W′m(θ,i)5θ(6)式中:T(θ,i)为电磁转矩;W′m(θ,i)为磁共能,它可以被表示为:W′m(θ,i)=∫i0Ψ(θ,i)di(7)式中:Ψ(θ,i)为气隙合成磁链。 在理想线性化条件下,Ψ(θ,i)=Ψpm(θ)-L(θ)i(8)式中:Ψpm(θ)为永磁磁链;L(θ)为绕组自感。由式(6)~(8)可得:T(θ,i)=i5Ψpm(θ)5θ-12i25L(θ)5θ=Tpm-Tr(9)其中:Tpm为永磁转矩,Tpm=i5Ψpm(θ)5θ,它是由电枢电流与永磁磁场相互作用而产生的;Tr为磁阻转矩,Tr=12i25L(θ)5θ,它是由于电感变化而产生的。在计算出各项电流后,可由式(9)计算出发电机转矩。 在上述模型中,由于DSPM发存在着饱和效应和边缘效应,磁链Ψp是电流i和转子位置角θ的非线性函数,没有解析式,故以上是DSPM发电机稳态运行的非线性数学模型。 转子斜槽的影响为了消除DSPM发电机中定位力矩的影响,通常采用转子斜槽的方法,但它在削弱定位力矩的同时,也使输出转矩有所下降,同时改变了永磁磁链和永磁反电势等的形状。斜槽后永磁磁链和电感可以利用未斜槽值进行折算,即:LS=1α∫θ+α/2θ-α/2L(θ)dθ(10)ΨS=1α∫θ+α/2θ-α/2Ψpm(θ)dθ(11)式中:α为转子斜槽角。因此:5LS5θ= 结论目前对DSPM发电机运行的分析还不多,本文提出了DSPM发电机稳态运行时的数学模型,并考虑到了转子斜槽的影响,对发电机经不同整流装置接不同性质负载的输出电压、电流、转矩波形进行了计算机仿真。