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1、正弦PWM電壓源逆變器供電的永磁直線同步電機(jī)低速負(fù)載性能摘要對于開環(huán)低速區(qū)由正弦PWM電壓源逆變器供電的永磁直線同步電機(jī)（PMLSM）而言，與工作在高速情況的PMLSM負(fù)載性能不同，本文采用場路耦合時(shí)步有限元的方法研究PMLSM驅(qū)動水平運(yùn)輸系統(tǒng)的兩種負(fù)載工況：輕載與重載。結(jié)果顯示，PMLSM工作在重載情況下的負(fù)載性能較輕載優(yōu)，且電機(jī)的工作電流隨著負(fù)載的增大而減小。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性及正確性。關(guān)鍵詞：永磁直線同步電機(jī)，負(fù)載性能，正弦PWM，電壓源逆變器，時(shí)步有限元法，場路耦合1引言永磁直線同步電機(jī)（PMLSM）已廣泛應(yīng)用
2、于多種領(lǐng)域，因?yàn)樵撾姍C(jī)具有高效性、高精度的控制性等特點(diǎn),從自動化的運(yùn)輸操作系統(tǒng)到復(fù)雜精細(xì)的軍事設(shè)備都會運(yùn)用到它。然而，對于在較低速情況下的PMLSM的負(fù)載性能的研究是非常必要的，并且同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)和PMLSM在高速情況下也有很多不同的特征。PMLSM在低速情況下因?yàn)橛卸喽行У臍鈮汉偷皖l率，電機(jī)具有抗電感能力強(qiáng)的基本特性。很多PMLSM具有這些特性，因?yàn)檫m用于PMLSM的轉(zhuǎn)速和頻率是有限的。通過文獻(xiàn)【5】可以得出，適用于PMLSM的規(guī)格是一樣的。電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率是6HZ，磁極距必須是30毫米。時(shí)步有限元分析法的研究為正弦PWM電壓源逆變器
3、供電的電機(jī)驅(qū)動作了依據(jù)，并且由于PWM電壓源逆變器，人們對于時(shí)間步長的價(jià)值觀也改變了。在文獻(xiàn)【6】中，作者在邊緣效應(yīng)的基礎(chǔ)上描述了激勵永磁同步電機(jī)的部分動態(tài)性能。對于PMLSM驅(qū)動的啟動和控制的相關(guān)方面已經(jīng)有所研究。電機(jī)規(guī)格也是一樣的。電阻是7.6Ω，電感是17.6mH，最大轉(zhuǎn)速是2m/s。根據(jù)文獻(xiàn)【7】顯示可知，模擬電壓是7V，頻率是3Hz，負(fù)載驅(qū)動力是20N。電壓源逆變器供電的PMLSM的動態(tài)特性的滯后性，是考慮了在合成鋁板和固體回收鐵中的渦電流，并通過分析時(shí)步有限元法和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得出的。在文獻(xiàn)【3】中，適于PMLSM的規(guī)格如下
4、。電阻是5.2Ω，電感是2.8mH，電機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)速是0.9m/s。文獻(xiàn)【8】已經(jīng)呈現(xiàn)出PMLSM基于正弦交流電流源，如大電感和電阻率，的穩(wěn)態(tài)性能。但是，對于在低頻率下的有大的電阻率和電感、半導(dǎo)體的SPWM逆變器操作，動態(tài)性能指標(biāo)的研究在上述文獻(xiàn)中比較缺乏。因此，研究電機(jī)在不同負(fù)載下的動態(tài)性能是極其重要的。最近，通過精確的磁場分析，已經(jīng)研究提出了電機(jī)的動態(tài)性能。其中的一種數(shù)學(xué)方法是基于有限元法的方法，它被越來越多的應(yīng)用于精確探討不對稱磁場的動態(tài)性能。至于PMLSM，它有三相不平衡繞組、開放磁路、電阻率、電感系數(shù)、相位、諧波和電機(jī)電流。采
5、用解析法和傳統(tǒng)的有限元法客觀地研究一個(gè)或兩個(gè)極點(diǎn)的周期邊界條件，是很困難的，另外考慮到連接外部SPWM變頻器和磁場的問題，因此，本文就采用有限元分析法研究電機(jī)在不同負(fù)載的情況下，其暫態(tài)過程的性能，如：推力、移動速度和繞組電流。由于PMLSM靠SPWM電壓源逆變器供電，電機(jī)的電流是不知道的，并且電機(jī)的電壓還包括許多諧波分量，這就使有限元分析法不是很理想了。因此采用研究負(fù)荷性能時(shí)步有限元法和場耦合法就可以很好的研究該系統(tǒng)。這篇文章提出了使用時(shí)步有限元法和場耦合法研究電機(jī)在不同負(fù)荷情況下的性能。以下將會系統(tǒng)的講解，在第二部分中，將對永磁交流
6、同步直線電機(jī)進(jìn)行描述。有限元模型在第三節(jié)中講解。在論文第四部分將會研究PMLSM在不同負(fù)載下的性能并進(jìn)行仿真和總結(jié)。在第五和第六部分，就總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并總結(jié)結(jié)論。2物理分析模型這個(gè)模型主要是由三相繞組和核心擴(kuò)展插槽組成，其次是由永久性磁鐵和在鐵軛表面上分離出來的磁性組成。PMLSM的規(guī)格如下表1所示。其中含永磁磁鐵磁化的漏磁量等。PMLSM的性能規(guī)格就在下面的表格中。PMLSM規(guī)格表型材項(xiàng)目材料和單位相位3匝數(shù)90主要電樞材料鐵磁極距39mm槽距13mm主存材料永久性磁鐵寬度27mm其次高度7mm長度120mm鑲嵌表面型空隙5mm圖1物
7、理模型的方法建立的永磁直線型同步電機(jī)主要部分2—齒輪3—開槽4—絕緣磁鐵材料5—永磁鐵6—鐵軛3PMLSM勵磁電路的數(shù)學(xué)模型把SPWM電壓源逆變器，電機(jī)邊緣效應(yīng)影響因素考慮進(jìn)去，采用勵磁電路方法計(jì)算電磁的暫態(tài)方程，解決向量電磁場的變化過程及電機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程，由勵磁電路相結(jié)合的電磁場時(shí)步有限元方程，并說明在電樞繞組中的繞組電路電動勢方程。瞬變場的控制方程，電磁場是可變的，其依據(jù)是麥克斯韋方程式。如方程式（1）可示：其中Az——向量電磁場中z軸方向的分量Js——電流密度Jm——磁化密度μ——磁導(dǎo)率在摘要中，2-d模型可以被分為三角元素構(gòu)成網(wǎng)
8、孔。在運(yùn)用伽遼金法后，運(yùn)動方程的分析模型為：其中A——未知的潛在向量電磁場I——繞組電流S,C,T——系數(shù)G——等效的矩陣磁化電流密度在外磁場作用下，磁介質(zhì)磁化后出現(xiàn)的磁化電流要產(chǎn)生附加磁場。等效磁化法被用來處理永磁型場
