程序员世界■东南大学程明团队特稿：电机气隙磁场调制行为及其转矩分析( 二 ) 团队介绍程明

论文方法及创新点根据电机气隙磁场调制统一理论，基本电机单元可规格化为“励磁源—调制器—滤波器”三要素的级联。依初始励磁源与调制器的相对状态，可将调制行为定义为同步调制与异步调制，若调制器与励磁源存在相对运动，则为异步调制；若两者保持相对静止，则为同步调制。
常见的异步调制行为有磁通反向永磁电机凸极转子的异步调制行为等，如图1a所示；常见的同步调制行为有内嵌式永磁同步电机凸极转子的同步调制行为等，其调制结构如图1b所示。

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图1常见的磁场调制行为
同步转矩与异步转矩分量的定义仅取决于建立该转矩分量的磁场来源及电机转速状态。若某转矩分量的生成机理如图2a所示，由同一磁场来源建立，且转子与该磁场源作相对运动，即转子转速与该磁场同步速不相等，则该转矩为异步转矩；若某转矩分量由两个独立来源的极对数相同的磁场反应建立，且转子转速与两个磁场源的等效同步速相等，则该转矩为同步转矩，如图2b所示。

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图2同步转矩与异步转矩机理图示
转矩成分性质与调制行为有关，调制行为指的是能改变初始磁动势幅值和空间频谱分布的主调制行为，具体分析如下：
（1）同步调制生成同步转矩分量。以图1b所示的内嵌式永磁同步电机为例，其包含永磁励磁磁场、定子电枢磁场两个独立的磁场源；定子凸极性可以忽略不计，故为单位调制；初始励磁源与凸极转子保持相对静止，其调制行为是同步调制；两套磁场极对数相同并保持相对静止，且转子转速恒等于定子电枢绕组建立的旋转磁场同步速，故该内嵌式永磁同步电机仅包含一个同步转矩分量。
（2）异步调制生成同步转矩分量。以图1a所示的磁通反向永磁电机为例，定子凸极的同步调制行为仅改变静态永磁励磁磁场谐波幅值，而不影响其频谱分布；另一方面，由于励磁和电枢磁场极对数并不相等，则要求转子运行在两个磁场的等效同步速下，从而调制励磁磁场与调制电枢磁场能够相互作用产生平均电磁转矩。显然，磁通反向永磁电机转子凸极对位于定子的永磁励磁源为异步调制，且主电磁转矩满足同步转矩定义，故异步调制可以生成同步转矩分量。
（3）异步调制生成异步转矩分量。参考图2b ，以传统鼠笼感应电机为例，它仅包含一个定子磁场源，其主电磁转矩是由定子基波旋转磁场Bf与由该磁场感应的转子电流所建立的转子基波磁场B′f相互作用所产生，其本质是由同一磁场源建立而成；Bf与B′f极对数相同，且无论转子实际转速是多少， B′f在空间相对于定子的转速总等于Bf的同步转速，因而两者能够互相反应产生平均转矩；转子此刻相对于定子绕组建立的磁场作相对运动，即转子转速与定子旋转磁场同步速不相等，为异步运行（调制），故鼠笼感应电机仅包含一个异步转矩分量。
【程序员世界■东南大学程明团队特稿：电机气隙磁场调制行为及其转矩分析】由于无刷双馈电机独特的复合特性，它可以运行在多种不同的模式下，如简单异步模式、级联异步模式、单馈同步模式、双馈同步模式等。单馈同步模式下无刷双馈感应电机与电励磁同步电机具有一定的相似性，主要体现在：
（1）磁场架构相同：两个电气端口均一套直流供电励磁，一套交流供电提供电枢磁场。
（2）调磁方式类似：该模式下无刷双馈感应电机可以如电励磁同步电机施加励磁、调节功率因数，其可调量只有电流幅值，故一般只能对无功功率进行调节。
（3）同步转矩分量为主：无刷双馈感应电机与电励磁同步电机均由两套独立磁场源生成转矩，且转子转速运行于等效同步速，满足生成同步转矩的条件。另一方面，当无刷双馈感应电机的PW和CW端电压给定时，忽略定子绕组电阻和漏电感，转子漏阻抗与转矩峰值成反比，且转子漏抗与转子电阻的比值影响异步转矩分量与同步转矩分量之间的比例。其比值越大，转子漏阻抗角越接近π/2 ，异步分量所占比例越小。极限情况下，转子电阻为零，异步转矩分量将不出现在转矩表达式中，仅包含同步转矩分量。