永磁同步電機仿真計算一般采用電流源，主要關注相電流有效值Iprms和內功因數角γ對輸出性能的影響，電動勢相量圖如下圖所示。

圖1 電動勢相量圖

      永磁同步電機作為電動機使用時，三相繞組的端電壓不能超過電源電壓，因此需要按照下式編輯出端電壓的數學表達式。

      添加參數化求解器，將相電流Iprms和內功率因數角γ兩個變量作為掃描變量，Iprms取值要覆蓋額定電流和峰值電流，γ取值0°~90°，或至少覆蓋最大轉矩所對應的角度。

圖2 參數化變量：相電流Iprms和內功率因數角γ

      圖3為平均輸出轉矩隨相電流Iprms和內功率因數角γ的變化曲線，在每條給定電流下的T-γ曲線中，都存在一個合適的γ值，使得輸出平均轉矩最大，這就是MPAT控制策略。

圖3 avg(Torque) VS Iprms&Gamma

      電機輸出功率的計算公式如下：注意的是，當繪制轉速曲線時，其單位默認為rpm，但當轉速作為變量應用于表達式中并參于計算時，其單位為rad/s。因此可以繪制出電機輸出功率隨Iprms和γ的變化曲線，如下圖所示。

圖4 Pout VS Iprms&Gamma

      同理，可以繼續繪制出A相感應電壓的全部曲線、A相感應電壓基波幅值和前30次諧波含量隨Iprms和γ的變化曲線，以及其他輸出量的曲線。

圖5 A相感應電壓波形曲線

圖6 A相感應基波幅值隨Iprms和γ的變化曲線

圖7 A相感應電壓前30次諧波含量隨Iprms和γ的變化曲線

      根據圖3所示的T-Iprms-γ曲線，可知，當Iprms=35A，γ=20°，可得到額定轉矩的輸出。對于額定工況的仿真計算，將Iprms和γ賦予相應的值，并設置定轉子鐵芯損耗的計算，由于鐵損曲線在一個電周期內沒有收斂，因此將計算時間設置為兩個電周期。

      圖8為給定激勵下的額定轉矩曲線，其平均值為65.21Nm，轉矩峰峰值為1.33Nm，轉矩脈動為2.04%。

圖8 額定轉矩曲線

      電機三相繞組一般有Y接和△接兩種解法，其線電壓與相電壓、線電流與相電流之間的計算關系如下所示。

圖8 電壓與電流關系

      線感應電壓的波形曲線、FFT、各次諧波幅值曲線如下圖所示，其有效值為344.9V，基波幅值為487.73V ，11次和13諧波占比較大，前30次諧波含量為1.68%。

圖9 線感應電壓波形曲線

圖9 AB兩相線感應電壓FFT變換

圖9 AB兩相線感應電壓各次諧波及THD30

       鐵損曲線如下圖所示，取第二個電周期內的平均值，總鐵損為236.6W，其中定子鐵損為224.7W，轉子鐵損為11.8W，主要鐵損集中在定子中，磁力線被束縛在定轉子鐵芯及氣隙中，進入到轉軸的磁場極少。

圖10 鐵損曲線

  文章來源：電機設計青年