設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)效率是電機(jī)一個(gè)重要的性能指標(biāo)，他的高低取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的損耗，而在各種損耗當(dāng)中，電機(jī)繞組上的銅耗不僅使得電機(jī)效率下降，同時(shí)會(huì)使電機(jī)繞組中溫升增加，影響電機(jī)的運(yùn)行性能，因此研究電機(jī)鋼耗具有十分重要的意義。 電機(jī)運(yùn)行在三相六狀態(tài)下，母線電流經(jīng)過(guò)逆變電路進(jìn)入三相繞組中，而電機(jī)在進(jìn)行PWM調(diào)速時(shí)電樞電流值與母線電流值不相等，從而用傳統(tǒng)方法計(jì)算電機(jī)繞組上的銅耗與實(shí)際不相符合。假定電機(jī)繞組上電阻值不變，因此分析電機(jī)銅耗就是分析電樞電流。電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)態(tài)時(shí)母線電流存在小幅波動(dòng)，因此進(jìn)行計(jì)算時(shí)母線電流值用平均值來(lái)代替，電樞電流取電流有效值。然而無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行在非滿占空比狀態(tài)時(shí)，電樞電流有效得到的銅耗值與實(shí)際電機(jī)所產(chǎn)生的銅耗不相符合。 1理論分析 稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)行系統(tǒng)圖如圖1所示。  為了使得電機(jī)有效的運(yùn)行，達(dá)到調(diào)速的目的，通常我們采用脈寬調(diào)制( PWM)，即調(diào)節(jié)電機(jī)的電壓占空比A來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。表示了在一個(gè)通電周期r內(nèi)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間f與周期丁的比值。根據(jù)稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本公式可知，電機(jī)電樞繞組電流的瞬時(shí)值為：  式中，U為電源電壓；AUT為功率晶體管飽和壓降；E。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 電機(jī)運(yùn)行時(shí)氣隙磁場(chǎng)波形為梯形波，為了分析方便假定氣隙磁場(chǎng)波形為方波，在一個(gè)通電周期內(nèi)電機(jī)電流的瞬時(shí)值，則在一個(gè)周期內(nèi)，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)母線電流的平均值為：  而電樞繞組上的電流有效值為： 
由式(2)與式(3)看出電機(jī)母線電流平均值L，與電樞繞組電流有效值t。的大小與電機(jī)電樞上電流瞬時(shí)值有關(guān)系，但i(t)隨時(shí)間￡的函數(shù)關(guān)系比較復(fù)雜，要對(duì)比其值的大小，需借助Matlab進(jìn)行仿真計(jì)算。 2仿真分析 2.1無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型 無(wú)刷直流電機(jī)( BLDCM)屬于永磁同步電機(jī)其氣隙磁密為方波分布，反電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波，相電流波形為方波。由于無(wú)刷直流電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電動(dòng)勢(shì)以及電流都是非正弦，因此直接利用電動(dòng)機(jī)本身的相變量來(lái)建立數(shù)學(xué)模型更為方便。 假設(shè)磁路不飽和，也不計(jì)渦流和磁滯損耗，旦三相繞組完全對(duì)稱，則三相繞組的電壓平衡方程式為： 
2.2無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)模型 永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要由電機(jī)模塊、變頻器模塊（斬波器與逆變器）、開(kāi)關(guān)管觸發(fā)邏輯模塊、轉(zhuǎn)速／電流控制模塊四部分組成。三相永磁無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型如圖2所示。 
2.3 Matlab/Simulink下系統(tǒng)仿真及結(jié)論 通過(guò)構(gòu)建的稀土永磁BLDCM數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真。仿真對(duì)象為本文所設(shè)計(jì)的270 V/3 kW稀土永磁BLDCM。仿真參數(shù)如下表1所示。  對(duì)電機(jī)進(jìn)行負(fù)載仿真計(jì)算，電機(jī)起動(dòng)后，首先給定電機(jī)轉(zhuǎn)速n= 5800 r/min．給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為4.9N-m，經(jīng)過(guò)0 04 s電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。仿真電樞繞組相電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后波形如圖3所示，母線電流穩(wěn)態(tài)波形如圖4所示，再次給定轉(zhuǎn)速n=2900 r/min，給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，經(jīng)過(guò)0.035 s電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。仿真電樞繞組相電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后波形如圖5所示，。 
根據(jù)仿真波形，取0.1 s~0. 12 s為計(jì)算周期，計(jì)算電樞電流有效值和母線電流平均值�？煞謩e由有效值計(jì)算器和平均值計(jì)算器觀測(cè)得到，觀測(cè)結(jié)果和銅耗計(jì)算結(jié)果如表2所示。  通過(guò)表2可以看出電機(jī)在n=5 800 r/min運(yùn)行時(shí)，電機(jī)控制器PWM占空比以接近********時(shí)接近相等，對(duì)應(yīng)的銅耗相差百分之9。電機(jī)轉(zhuǎn)速n=2 900 r/min時(shí)，用兩種電流值計(jì)算的銅耗相差百分之38�？梢钥闯鱿⊥劣来艧o(wú)刷直流電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)PWM占空比進(jìn)行調(diào)速，轉(zhuǎn)速較高時(shí)，電樞繞組實(shí)際產(chǎn)生的銅耗比傳統(tǒng)計(jì)算方法計(jì)算的銅耗值大。 3試驗(yàn)驗(yàn)證 為了對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用270 V/3 kW稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行恒轄矩(TL =4.5 N-m)負(fù)載試驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。取占空比X=0 832和X=0. 268進(jìn)行分析，得到表4所示的結(jié)果。 比較可以看出電機(jī)在n=5 280 r/min運(yùn)行時(shí)，PWM占空比A=83. 20，而這時(shí)母線電流平均值與電機(jī)電樞電流有效值接近相等，對(duì)應(yīng)的銅耗相差百分之15。而PWM占空比A=百分之26.8，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=2 940 r/min時(shí)，用兩種電流值計(jì)算的銅耗相差百分之40。說(shuō)明仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較接近，驗(yàn)證了仿真分析的正確性。 
4結(jié)論 本文在理論分析的基礎(chǔ)上，采用Matlab仿真軟件對(duì)電機(jī)進(jìn)行仿真，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果，表明了無(wú)刷直流電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)改變PWM占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速，在調(diào)速過(guò)程中電機(jī)運(yùn)行在高速時(shí)電機(jī)繞組電流有效值大于母線電流平均值，因此計(jì)算出的銅耗值也是前者大于后者。說(shuō)明稀土永磁無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速時(shí)計(jì)算電機(jī)銅耗，應(yīng)以電樞電流的有效值來(lái)計(jì)算。 有需要或想更多了解的朋友請(qǐng)與我聯(lián)系 聯(lián)系人：王工 電話：18501531992
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