無刷直流電動機(jī)繞組接法的比較分析
曹春
(中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海200233)
摘要：概述了在元刷直流電動機(jī)設(shè)計(jì)中三相繞組星形接法和三角形接法的區(qū)別，通過損耗和轉(zhuǎn)矩系數(shù)的分析計(jì)算，比較了兩者的優(yōu)劣，得出星形接法的無刷直流電動機(jī)效率優(yōu)于三角形接法的無刷直流電動機(jī)。
無刷直流電動機(jī)研制的早期，繞組的接線方式是三角形和星形。在小功率無刷直流電動機(jī)中繞組有采用三角形接法的，但在進(jìn)一步理論分析中發(fā)現(xiàn)，采用星形接法的繞組要優(yōu)于三角形接法的，前者的效率明顯地高于后者。實(shí)際的樣機(jī)驗(yàn)證，也證明這點(diǎn)。
本文將對三相無刷直流電動機(jī)繞組星形接法和三角形接法在損耗、效率方面的問題進(jìn)行分析，并且以具體樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證比較。
l三角形接法的無刷直流電動機(jī)環(huán)流損耗
在方波驅(qū)動的無刷直流電動機(jī)中，為了得到較大的輸出力矩和減小轉(zhuǎn)矩脈動，希望氣隙磁場為矩形分布，繞組為集中式、整距繞組。而實(shí)際上氣隙磁場是近似于矩形的，呈梯形狀的。
1．1磁場分析
在高性能無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子磁極采用稀土永磁體，氣隙設(shè)計(jì)成均勻的，這樣定、轉(zhuǎn)子氣隙磁場接近于矩形，如圖1所示。
利用富氏級數(shù)分解成一系列諧波磁場，氣隙磁場的大小可用下式表示：
式中：y——諧波次數(shù)；
Bm——磁場幅值；
Kyv——諧波系數(shù)，kvr=sin(π/2y×αi)。
此式說明氣隙磁場強(qiáng)度是由基波磁場和各次諧波磁場疊加組成，而諧波磁場的諧波系數(shù)kyγ與極弧系數(shù)αi的大小有關(guān)。
當(dāng)kyγ=0時，此次諧波系數(shù)為零，此次諧波磁場被消除。例如若想消除三次諧波，則：γ=3(三次諧波)時，k3y=sin(3π/2×αi)，求得：αi=o．6667。也即當(dāng)磁極的極弧系數(shù)等于2／3時，理想上可以消除磁場中的三次諧波，但是這和無刷直流電動機(jī)要求寬的氣隙平滑磁場相矛盾。所以一般無刷直流電動機(jī)的α1都選擇在0. 8以上，這也是為了提供足夠?qū)挼臍庀洞艌�，增加電機(jī)有效轉(zhuǎn)矩和減小轉(zhuǎn)矩脈動，所以從氣隙磁場分析來講，三次諧波磁場無法****消除。
1．2繞組分析
在無刷直流電動機(jī)設(shè)計(jì)中，12槽2對極、18槽3對極的齒槽配合屬于典型的集中式整距繞組設(shè)計(jì)。這種齒槽配合的繞組所產(chǎn)生的電動勢，除了包含有基波外，還有許多諧波電動勢，它們是同時產(chǎn)生的。諧波電動勢可分為三種類型，一類是次數(shù)為3的倍數(shù)，****次數(shù)為3次諧波；另一類次數(shù)是γ=6k-1，k=1、2、3…，****次為5次諧波，再一類次數(shù)是γ=6k+1，k=1、2、3…，****次為7次諧波。由于繞組是集中式整距繞組，所以三種諧波都存在，諧波次數(shù)越低，其電動勢有效值就越大，各次諧波的電動勢有效值得出后，即可得出相電動勢的有效值Eφ為：
式中：Eφ1為基波電動勢有效值，Eφ3、Eφ5、Eφ7…為3次、5次、7次諧波電動勢有效值。
三相繞組在對稱三相系統(tǒng)中各相電動勢的三次諧波在時間上均為同相、且幅值相等：
當(dāng)繞組接成星形時，繞組的線電壓等于相電壓之差，相減時三次諧波電動勢互相抵消，所以線電勢中不存在三次諧波電動勢，也不存在三的倍數(shù)次諧波，故線電動勢的有效值EL為：
在三角形連接中，三相的三次諧波電動勢值和為3Eφ3,將在閉合三角形回路中形成環(huán)流，I3△，I3△=3Eφ3/3Z3，其中，3z3為回路的三次諧波阻抗。
由于3E φ3完全消耗于環(huán)流的電壓降I3 φ·3z 3，因此線電勢中亦不會出現(xiàn)三 |
