永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)討論
張文海，譚宏松
(成都精密電機(jī)廠，四川成都610500) 中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：E
文章編號(hào)：1004—7018(2008)05—0060—02
l采用虛槽和減少極對(duì)數(shù)都可降低片間電壓，哪種方法更好?
虛槽方法好。虛槽方法雖然換向器工藝、下線工藝難度有所增加，但片間電壓降低顯著。一個(gè)實(shí)槽中有多少虛槽，片間電壓就可降低多少分之一。同時(shí)換向電感則會(huì)按四分之一關(guān)系降低，這不但可以防止電位差火花，也可減小換向元件的電抗電勢(shì)，減小換向火花。一舉兩得，不會(huì)顧此失彼，惡化電機(jī)其它性能。
減少磁極對(duì)數(shù)降低片問電壓則不然。我們知道，一臺(tái)制造好的直流電動(dòng)機(jī)，每一個(gè)元件承受的電壓是固定的，而直流力矩電動(dòng)機(jī)由于采用的是單波繞組，每?jī)蓚�(gè)相鄰換向片之間，有多少對(duì)磁極，就串聯(lián)了多少個(gè)元件。故片間電壓隨磁極對(duì)數(shù)的增加而增大，隨磁極對(duì)數(shù)的減少而降低。
在刃(磁直流力矩電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，為防止電位差火花，常采用減少極對(duì)數(shù)的方法來降低片間電壓。但此法降低片間壓并不顯著，即使極對(duì)數(shù)減少一半，片間電壓也才降低二分之一。而大幅度減少極對(duì)數(shù)的結(jié)果，會(huì)給電機(jī)設(shè)計(jì)帶來諸多困難：一是電樞端部尺寸成倍增加，銅耗增大，由此引起電機(jī)常數(shù)減小。二是電樞軛磁密成倍增大，極對(duì)數(shù)減少一半，電樞軛磁密則增大一倍，由此造成電樞軛飽和，漏磁增大，鐵損增加，電機(jī)常數(shù)也會(huì)減小。同時(shí)，極對(duì)數(shù)減少一半，線圈幾何尺寸會(huì)增大一倍，而線圈電感是與幾何尺寸成正比的，由此使換向元件電抗電勢(shì)增加，反而對(duì)換向不利。例如一種永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)，原性能實(shí)測(cè)參數(shù)為：U=110 v，n。=970r／min，I0=O.57 A，L=3 2 mH，Ra=2.45Ω，4.5 A連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk=4.88 N·m。設(shè)計(jì)參數(shù)為P=lO，線圈匝數(shù)N1=20，換向片數(shù)K=111，氣隙碰密Bδ=O．69 T。由于片間電壓稍高，采用減少極對(duì)數(shù)的方法降低片間電壓，極對(duì)數(shù)減少一半，P=5，其它設(shè)計(jì)參數(shù)不變，變極后測(cè)得的電機(jī)性能參數(shù)為：u=110 V，n。=1 077 r／mm，L=O 95 A，L=8 2 mH，Ra=4 25n，4 .5 A連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩鞏=4 38 N·m。比較前后兩組數(shù)據(jù)，可蹦看出，減少極對(duì)數(shù)后，損耗增大了，矗由原來的0.57A變大為O.95 A；電機(jī)常數(shù)減小了，由原來的0.70 N·m／／w減小為O 47 N.m，.故4．5 A的連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk由4.88 N·m減小為4.38 N·m，因電樞電感L=3.2 mH已增大到8.2 mH，換向火花較大，必然對(duì)換向不利。
如果該電機(jī)采用虛槽法降低片問電壓，則不會(huì)影響原電機(jī)性能，又可顯著降低片間電壓。但采用虛槽法對(duì)單波繞組的直流力矩電動(dòng)機(jī)來說也有一定難度，即單波繞組無論是實(shí)槽還是虛槽，其槽數(shù)都必須是奇數(shù)，否則下線無法進(jìn)行。若一個(gè)實(shí)槽中采用3個(gè)虛槽，下線可行，但工藝難度又增加；若一個(gè)實(shí)槽中采用2個(gè)虛槽，對(duì)降低片問電壓和減小換向電感都有利，但又犯了單波繞組不允許偶數(shù)虛槽的大忌。如上面舉例電機(jī)，實(shí)槽數(shù)臣=11l，若一個(gè)實(shí)槽采用2個(gè)虛槽，則總虛槽數(shù)Kj=222。這里盡管實(shí)槽數(shù)為奇數(shù)，但一個(gè)實(shí)槽變兩個(gè)虛槽后，總虛槽數(shù)則變?yōu)榕紨?shù)。這對(duì)疊繞組電機(jī)來說，下線不成問題；而對(duì)單渡繞組的力矩電動(dòng)機(jī)來說，下線有困難。那么，虛槽既然對(duì)降低片問電壓，減小換向元件電感有好處，采用兩倍偶數(shù)虛槽是否就根本不行呢?回答是也不盡然。若將虛槽數(shù)222變?yōu)?21，下線就不成問題了。只不過這里作一點(diǎn)小小的犧牲，其中109個(gè)實(shí)槽中上下層放4個(gè)元件邊，2個(gè)實(shí)槽上下層放3個(gè)元件邊。這一點(diǎn)變化雖然對(duì)支路對(duì)稱性及反電勢(shì)有微小影響，但對(duì)電機(jī)總的性能來說，影響不大。經(jīng)此變化，原線圈個(gè)數(shù)由111變?yōu)?21，匝數(shù)由N1=20變?yōu)镹1=10，換向片數(shù)也由原來的111變?yōu)?2l，其它設(shè)計(jì)參數(shù)不變。這樣，既保持了原電機(jī)性能不變，又可降低片間電壓，減小換向電感。2極對(duì)數(shù)p，電樞槽數(shù)K，元件匝數(shù)Nl，極弧系數(shù)α，電樞外徑D，電樞鐵心長(zhǎng)度L，氣隙磁密B。等參數(shù)對(duì)永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的性能影響很大，能否從物
理概念上說明這些參數(shù)是怎樣影響電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的?
Ke為永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化的反電勢(shì)系數(shù)計(jì)算公式，用該公式闡述上述參數(shù)對(duì)電機(jī)眭能的影響非常方便。對(duì)于極對(duì)數(shù)p，p對(duì)永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)系數(shù)Ke沒有影
響，所以極對(duì)數(shù)P也就不會(huì)影響直流力矩電動(dòng)機(jī)以及其它直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩。但極對(duì)數(shù)P對(duì)永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)影響較大。極對(duì)數(shù)越少，每極下的元件數(shù)會(huì)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)則越小；反之，極對(duì)數(shù)越多，每極下的元件數(shù)會(huì)越少，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)會(huì)越大。另外，極對(duì)數(shù)少，線圈幾何尺寸大，換向電感大，換向不好。反之， |
