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永磁無刷直流電機的設計特點

发布时间:2019-07-04 23:16:00 点击:    

 
 

無錫伯頓起重電機2019年7月4日訊  永磁无刷直流电动机是集电动机本体、控制器和转子位置传感器于一体的机电一体化器件,电动机的工作特性是各组成部分共同作用的结果,要满足一定的技术指标要求,需从系统的角度出发确定永磁无刷直流电动机的具体工作方式,主要包括电动机相数、绕组连接方式、逆变器拓扑结构、绕组通电方式、转子位置检测方式等。

目前三相永磁無刷直流電動機應用最爲廣泛。逆變器采用半橋結構的三相三狀態工作方式時,多用于小功率高速電機;逆變器采用橋式結構的三相六狀態工作方式時,可應用于多種驅動系統中。由于繞組電動勢非正弦,其中含有大量高次諧波,所以三相繞組多采用星形連接。當對電動機體積要求不高、環境不惡劣時,一般采用位置傳感器檢測轉子位置,使電動機具有較好的起動特性和抗過載、抗沖擊能力,動態特性較好。恒轉速運行的永磁無刷直流電動機可采用無位置傳感器控制方式,由于無需轉子位置傳感器,減小了電機的體積,降低了成本,但起動困難、動態特性較差。

電磁負荷選擇

由于永磁無刷直流電動機的電樞是定子,繞組的散熱條件優于直流電動機,故其電負荷選取可適當高于直流電動機。磁負荷Bδ取決于永磁體與其外部磁路的匹配關系,同時永磁體的幾何尺寸、性能及其充磁方式對Bδ也有較大影響。通常情況下,采用燒結钕鐵硼永磁時,其氣隙磁密可取0.7~0.9T;采用粘結钕鐵硼時,氣隙磁密可取0.35~0.45T。


電機極數和槽數的確定

當轉子外徑、鐵心有效長度和氣隙磁密確定後,電機內氣隙圓周的磁通量就確定了,如果選用較多的極數,每極磁通量減小,電機轭部截面積也可以減小;同時繞組端部縮短,用銅量減少,繞組電感減小,有利于繞組電流換向。但極數選得過多會使轉子水磁磁極的極間漏磁通增大,降低永磁體的利用率。在相同轉速下,極數越多,電機鐵心內磁場的交變頻率越高,導致電機的鐵耗增大,效率下降。隨電流交變頻率的增大,逆變器開關的開關頻率升高,開關損耗增大,所以極數增大後電機的綜合效率降低。極數的確定應綜合考慮電機的工作性能和經濟性。電機設計時,可選擇幾種極數,對電機特性進行計算,綜合比較性能後,確定合適的極數。

電機極數確定後,可參考電機設計的原則選定定子槽數。一般有兩種方案供選擇,即整數槽結構和分數槽結構。分數槽結構可有效減小齒槽轉矩,其極槽數配合種類多種多樣,其中分數槽電機工藝性好,適合大批量生産的小功率電動機,但其永磁體利用率較低。整數槽結構電機多在功率較大的電動機中采用,其永磁材料利用率較高,但需要采取適當措施削弱齒相轉矩。

確定了電機的主要參數後,可以根據場路耦合電磁設計方法計算電機的工作特性,將計算結果與設計指標要求相對比,若不滿足要求,則調整相應的設計參數重新計算,直至滿足設計要求。

 
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