由于本節(jié)所介紹的永磁無(wú)刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合特殊（空間站用磁懸浮控制力矩陀螺），因此不僅對(duì)其可靠性和控制精度有很高的要求，而且對(duì)其功耗指標(biāo)也有嚴(yán)格的限制。

　　電機(jī)中的電磁場(chǎng)分布和變化極其復(fù)雜，對(duì)電機(jī)中的各種損耗進(jìn)行精確測(cè)量較為困難，一般是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、數(shù)值計(jì)算和間接測(cè)量等方法對(duì)各損耗進(jìn)行粗略估計(jì)和預(yù)測(cè)，以此來(lái)指導(dǎo)電機(jī)設(shè)計(jì)和控制。

　　針對(duì)本節(jié)中使用的無(wú)齒槽的永磁無(wú)刷直流電機(jī)電機(jī)中的損耗主要有：

　　1．繞組銅耗

　　繞組電流在繞組電阻中引起的熱損耗，單電機(jī)繞組銅耗由下式表示：

式中，f為電機(jī)相電流的有效值，既包括方波電流幅值，又包括相電流中的pwm分量（由于電機(jī)的電感較小，電機(jī)電流的pwm分量不容忽略）；fi．為繞組工作溫度時(shí)的相電阻。

　　2．功放損耗

　　主要包括導(dǎo)通損耗、截止損耗、開(kāi)關(guān)損耗、續(xù)流管損耗。

　　3．電機(jī)鐵耗

　　電機(jī)的鐵耗包括以下幾部分：

　　1）永磁磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)在定子鐵心中引起的基本鐵耗。

　　2）定子電流非連續(xù)跳變?cè)谵D(zhuǎn)子中引起的鐵耗（commutation loss）。永磁無(wú)刷直流電機(jī)饋以120°方波的交變電流，并且三相電流分別相差120°電角度，因此其產(chǎn)生的磁場(chǎng)是離散跳變磁場(chǎng)，在每一個(gè)磁狀態(tài)范圍內(nèi)靜止不動(dòng)，這樣就會(huì)在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生渦流損耗（轉(zhuǎn)子磁體、轉(zhuǎn)子磁體保護(hù)套、轉(zhuǎn)子鐵心）。如果電機(jī)的極數(shù)較大、轉(zhuǎn)速很高，這一損耗不容忽略。

　　3）定子電流的pwm分量所引起的附加鐵耗。由于采用無(wú)齒槽繞組，電機(jī)的電感、漏感都很小，電機(jī)相電流的pwm痕跡特別重，pwm電流分量所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)在電機(jī)的各個(gè)組成部分中產(chǎn)生渦流損耗，包括定子鐵心、定子繞組、轉(zhuǎn)子各組件。由于pwm的頻率很高，電流脈動(dòng)的幅值較大，所以這一部分損耗很大。

　　針對(duì)電機(jī)定子鐵耗、由定子電流非連續(xù)跳變?cè)谵D(zhuǎn)子中引起的鐵耗和由定子電流pwm分量引起的損耗，提出了降低損耗的方法。從文中提供的相電壓和相電流波形來(lái)看，電流中pwm分量十分嚴(yán)重，這是與一般非小電感電機(jī)所不同的，因此也由此引起的損耗也不容忽視。

　　這一損耗是電流脈動(dòng)平方的函數(shù)。此外，有文獻(xiàn)提出了一種多層直流鏈逆變器（mldcli pwm逆變器），可以有效降低由pwm調(diào)制引起的電流脈動(dòng)，從而有效地降低這一損耗。

　　除了降低電壓來(lái)減小電流脈動(dòng)外，還可以通過(guò)增大pwm調(diào)制頻率來(lái)減小電流脈動(dòng)的幅值，但是提高功率器件的開(kāi)關(guān)頻率也會(huì)相應(yīng)地增加消耗在功率器件上的損耗，這就需要綜合考慮各方面的因素，找到一個(gè)合適的開(kāi)關(guān)頻率。

　　一般電機(jī)本體的各種損耗（尤其是鐵耗）很難準(zhǔn)確地定量計(jì)算，但是對(duì)電機(jī)各種損耗的產(chǎn)生原因和各種影響因素的分析是對(duì)電機(jī)進(jìn)行低功耗控制的前提和基礎(chǔ)。

　　飛輪和控制力矩陀螺系統(tǒng)作為空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的低功耗是其基本要求之一。系統(tǒng)各組成部分——驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、徑向磁軸承系統(tǒng)、軸向磁軸承系統(tǒng)、輪盤(pán)系統(tǒng)具有不同的損耗量值，為降低系統(tǒng)的損耗，必須分清損耗來(lái)源和主次。

　　根據(jù)前面對(duì)電機(jī)功耗的分析，電機(jī)的損耗主要包括：繞組銅耗、功放損耗、電機(jī)鐵耗。其中，電機(jī)鐵耗又包括基本鐵耗、定子電流非連續(xù)跳變引起的損耗和定子電流pwm分量引起的附加損耗。由于本節(jié)中的無(wú)刷直流電機(jī)采用無(wú)齒槽無(wú)鐵心的杯形繞組定子結(jié)構(gòu)，繞組電感很小（一般為0。009mh左右），因此定子電流中的pwm分量非常明顯。

　　由對(duì)電機(jī)的以上分析可知，基本鐵耗和定子電流非連續(xù)跳變引起的損耗是不可避免的；功放損耗主要與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，在頻率一定的情況下該損耗相對(duì)穩(wěn)定；而pwm分量對(duì)定轉(zhuǎn)子渦流損耗和繞組銅耗有很大影響。因此，自然想到減小電流中的pwm分量是降低電機(jī)本體損耗的一個(gè)有效方法。減小pwm分量可以通過(guò)提高pwm調(diào)制頻率和減小其幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于提高pwm調(diào)制頻率將增大功放損耗，并且由fang deng等人關(guān)于渦流損耗的推導(dǎo)可知該損耗是電流脈動(dòng)幅值平方的函數(shù)，因此減小電流脈動(dòng)幅值成為降低電機(jī)本體損耗的途徑。

　　歡迎轉(zhuǎn)載，信息來(lái)自維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)（www.dzsc.com）