永磁无刷电机的建模与仿真分析探讨

永磁无刷电机的建模与仿真分析探讨
本文以永磁无刷电极为研究对象，分别从变量参考正向与坐标原点的确定、以及电磁转矩与反电动势的确定这两个方面入手，阐述了永磁无刷电极的建模流程，进而采取仿真分析的方式，证实上述建模方法在运算效率方面的突出优势。

同时，仿真数据还证实：按照上述建模方式，能够使仿真处理中的复杂程度得到了显著降低，从而可进一步加以研究与应用。

标签：永磁无刷电机；建模；仿真
1 永磁无刷电极建模分析
1.1 建模变量参考正方向与坐标原点的确定
为在建模过程当中特别突出永磁无刷电机模型的基本原理，需要在建模分析的过程当中，需要作出以下几个方面的假设：（1）永磁无刷电极三相绕组处理完全对称的状态之下，同时可按照集中绕组的方式进行处理。

此状态下的极对数取值为1；（2）永磁无刷电极磁场各向均表现为同性状态，且可在建模过程当中忽略磁场饱和因素对其所造成的影响；（3）在永磁无刷电机建模过程当中，可忽略气隙磁场受电枢反应的影响情况。

结合上述基本建设，可推定：在整个永磁无刷电机的建模过程当中，电机绕组需要沿气隙磁场圆周而展开，同时，为更加方便与有效的考量建模过程中的变量正方向以及坐标原点，永磁无刷电机状态变量参考方向可从以下几个方面加以考量：（1）永磁无刷电机顺时针转动方向为转动正向；（2）a/b/c相电流经由绕组ax、bx、cx的a/b/c端流出绕组电流推定为正向电流；（3）绕组ax、bx、cx的a/b/c端所在位置确定为气隙圆周的坐标原点，该原点定义为θp应当取值为0；（4）转子初始位置为：转子磁场N极轴线与气隙圆周坐标原点重合位置。

1.2 电磁转矩与反电动势的确定
结合上述来看，θp被定义为气隙圆周上某特定点的坐标位置，同时，θ则定义为转子相对于原始位置所表现出的角位移情况。

按照上述方式，不难发现，转子在气隙圆周该特定点位置所产生的磁感应强度指标应当如下式所示：
（1）Bmf（θp-θ）
在该表达式当中，Bm定义为磁密幅度取值；f（θp-θ）定义为转子磁密所对应分布函数。

该分布函数的表现形式直接受到永磁无刷电机自身结构的影响，但在数值取值大小上，仅与定转子相对位置表现出相关性关系。

按照上述分析，即可通过对该函数奇偶性的分析，判定气隙圆周特定位置相对于转子所产生磁感应强度的大小。

2 永磁无刷电机仿真分析
在上述分析作用之下，不难发现，整个永磁无刷电机的电路模型基本是由以下几个部分所构成的：（1）磁密分布函数；（2）反电动势计算；（3）电磁转矩；（4）电枢等效电路；（5）运动方程。

具体的电路模型结构示意图如图所示（见图1）其中，（1）部分需要结合对永磁无刷电机所处位置的判定，达到对气隙磁密数值的合理计算；（2）部分需要结合对永磁无刷电机所在位置具體坐标以及单位时间内转动速度的判定，以求余运算的方式计算得出相对应的反电动势数值；（3）部分需要结合等效电路计算得出a、b、c三相绕组电流大小；（4）部分需要达到计算电磁转矩取值的计算处理；（5）则需要判定电机的具体速度与位置。

按照上述模型，在永磁无刷电机保持空载起动状态下，定义额定电压400V，额定电流25A，相绕组电阻0.266Ω等基本条件，所得出的永磁无刷电机转矩、转速波形示仿真结果不难发现：整个建模方法下的计算难度低、效率高，省去了传统意义上的无中线操作步骤，适应性能力突出，可将其作用力对多相永磁无刷电机的建模及应用工作中。

参考文献
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