驱动电机电磁性能分析

为了保证计算的准确性，需要对驱动电机的电磁性能进行分析和检查。本文采用有限元方法对驱动电机在空载、转矩过载、高速弱磁和短路退磁情况下进行了分析和计算。永磁电机中磁钢与开槽电枢铁芯的相互作用导致气隙磁导率的变化，不可避免地产生齿槽转矩，从而产生转矩波动、噪声和振动，进而影响整个系统的控制精度。提出了许多削弱齿槽转矩的方法，如斜槽、斜极、优化槽开度、优化极弧和磁钢形状等。其中滑槽法不仅驱动技术成熟、生产工艺简单、效果好，而且反电动势波形极其正弦。图1显示了斜槽前后驱动电机齿槽转矩的比较。恒载荷下溜槽前的齿槽转矩占总电磁转矩的2%，但溜槽后齿槽转矩基本减弱。在1500转/分钟时，驱动电机反电动势的计算结果如图2所示。由于斜槽使反电动势更加正弦化，其谐波含量大大降低。

图1:驱动电机齿槽转矩图

图2:反电动势的计算值

高扭矩过载倍数可以使电动汽车获得更好的爬坡能力和加速性能。但高转矩过载时，容易使电机铁芯饱和，使峰值电流输入时无法输出峰值转矩。由于电机空载反电动势与转速成正比，转速越高反电动势越大，所以无弱磁电流时电机端电压越大。但在DC母线电压不变的情况下，控制器的输出电压有一个上限，这意味着高速输出需要通过增加D轴电流来削弱主磁场，使得气隙的合成反电动势基本保持不变。

磁钢的不可逆退磁会削弱万能电机的性能，包括额定电压和额定功率，从而影响其正常使用。如果电机仍然按照额定工况或过载工况的设计要求工作，退磁电枢磁势和温升会使磁钢退磁更加严重，加速这种恶性循环。因此，在设计电机时，有必要检查最大退磁工作点。永磁电机短路时，电枢反应产生的磁势几乎是纯退磁的直轴磁势。所以在磁钢退磁分析中要考虑这种情况。从磁钢表面的磁密分布可以看出，磁钢在两种情况下都有不同程度的退磁，其中磁钢在不对称三相短路时退磁面积最大，但磁钢的最大退磁面积小于0.2%。

整个驱动电机测试系统主要包括DC电源、驱动电机、无刷控制器、冷却水系统、扭矩传感器、功率分析仪和示波器。其中，DC电源的主要功能是将电网中的三相交流电整流成DC输入，驱动电机控制器供测试系统使用。在电机测试中，两台驱动电机用于测试拖拉机。在测试中，一个电动机充当电动机，另一个电动机充当发电机。驱动电机的冷却水由冷却水箱供应，由外部水泵泵入驱动电机进行冷却，最后流入冷却水箱进行循环。控制器通过强制空气冷却来冷却。