永磁无刷直流电动机电枢反应的分析资料下载.pdf
- 文档编号:5970931
- 上传时间:2023-05-05
- 格式:PDF
- 页数:4
- 大小:382.93KB
永磁无刷直流电动机电枢反应的分析资料下载.pdf
《永磁无刷直流电动机电枢反应的分析资料下载.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《永磁无刷直流电动机电枢反应的分析资料下载.pdf(4页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
+)#/+:
%LEJRI6JE)JEHI3;
4H4ICE4E7EHIEQ34ILEQEN34;
FILEL34E4IRJVC7O34F76E4HE;
4ILESEJF;
JR4HEW%LEJRI6JE)JEHI3;
4;
FU&
8D&
3NEXS;
64QEQW%LEN6SEJS;
N3I3;
4SJ34H3S7EQ;
EN4ISS7OI;
ENI3RIEILEEFFEHI;
FILEJR)I6JE)JEHI3;
4ILESR4QILECHV)G&
YW&
V34H;
RSJ3N;
4CEITEE4ILEJEN67IN;
F46REJ3H47ON3N4QILEEXSEJ3RE4I7TMEF;
JRNNL;
TNILIILEJRI6JEZJEHI3;
4Q3NI;
JINILESF76XQE4N3IOQ3NIJ3C6I3;
4,4QILIQ3NI;
JI3;
4ROJEN67I34RI6JI3;
4,N;
3IS7ONSJ3RJOSJI34ILEEFFEHI;
JR4HE;
WNEQ;
4ILE47ON3N,ILEREIL;
QNI;
TEVE4ILE=)X3NJRI6JEJEHI3;
434ILEQEN34;
FL34HEU&
JESJENE4IEQW9-%:
();
&
:
U&
;
JRI6JEJEHI3;
4;
CHV)G&
Y引言永磁无刷直流电动机因其卓越的性能,已广泛地应用于航天航空、舰船推进、电动汽车、现代家用电器和工业自动化等领域。
目前国内应用主要集中在中、小功率领域,由于电枢电流较小,电枢反应的影响在电机设计和分析中一般不予考虑,即可达到较为满意的设计效果,而在大功率电气传动系统的应用尚处于研究试验阶段,有关电枢反应及其影响的文章也较少。
文献,讨论了永磁无刷直流电动机的直轴和交轴电枢反应计算及其对电机的影响,分析了负载时的总磁通,但未考虑磁场畸变对电机性能的影响。
文献对永磁无刷直流电动机电枢反应的特点做了详细分析,认为电枢反应对每极总磁通量没有影响,从而在电磁设计时可以把空载工作点的磁通近似看作负载工作点的磁通。
一些文献还给出了永磁无刷直流电动机的电枢反应磁场的解析计算方法,并用有限元计算进行了验证,但未对电枢反应及其影响进行分析。
文献!
讨论了磁路饱和和电枢反应对永磁无刷直流电动机性能的影响。
以上文献所研究的都是电枢反应影响不十分明显的小功率电机。
对于大功率电机,实践证明,较大的电枢电流使得电枢反应对反电势和电磁转矩的影响都很大,严重时会影响电机出力。
因此,在进行大功率永磁无刷电机设计时,深入分析电枢反应及其影响是十分必要的。
本文通过数值仿真和实验研究分析了电枢反应,并在此基础上分析了其对反电势的影响,对大功率永磁无刷直流电机的设计分析具有参考意义。
=永磁无刷直流电动机的电枢反应=W电枢反应的基本特点电动机在负载运行时,电枢中有电流流过,形成电枢磁场,电枢磁场对励磁磁场(空载磁场)的作用称作(,#-W,大电机技术电枢反应!
。
永磁无刷直流电机有着特殊的结构和工作原理,其电枢反应与有刷直流电机和同步电机都不尽相同。
这里以“两两导通三相星型六状态”工作方式下的永磁无刷直流电动机为例,如图!
所示,对其电枢反应进行分析。
图!
永磁无刷直流电动机原理图定子电枢磁势和转子磁势关系示意图如图所示,定子每相等效为一个集中整距线圈,转子为一对极,空载气隙磁密沿圆周分布为波顶宽不小于!
#$电角度的梯形波,定子三相电流在转子每旋转%#$电角度时换相一次,三相星接绕组导通顺序依次为:
()&
*)(*)(&
)*&
)*()。
图&
所示为*()导通状态转换为&
()导通的瞬间。
此时转子!
轴轴线与相绕组所在平面重合,定子合成磁势#$与转子磁势#%夹角为!
#&
电角度,磁势#$在转子!
轴上表现为去磁作用,当电机顺时针转动,去磁作用逐渐减小;
当转子转过+#&
电角度时,如图(所示,#$和#%夹角为,#&
,去磁作用减为零;
电机继续转动时,磁势#$在转子!
轴,电枢反应逐渐表现为增磁作用;
当转子转过%#&
时,如图*所示,增磁作用达到最大。
此时,电枢开始由相向相换流,定子磁场步进%#&
电角度,而后转子旋转%#&
电角度过程中的电枢反应情况与前一个%#&
内基本相同。
在上述转子旋转%#&
过程中,电枢反应的(轴分量主要表现为交磁,它的作用是使一个磁极的一半磁密加强,另一半的磁密减弱。
若不发生饱和,则电枢反应的(轴分量对一个磁极下的总磁通量影响较小。
以上是根据定子磁势在!
、(轴方向分解对电枢反应进行的分析。
严格的说,只有当磁势按正弦分布,才能够进行这样的分解,但是考虑到基波的成分最大,对磁场的影响也最大,上述分析的基本结论仍是正确的。
总之可以看出:
在转子旋转%#&
电角度过程中,电枢反应的!
轴分量在前+#&
导通区间表现为去磁作用,并逐渐减小,直至为零;
在后+#&
导通区间!
轴电枢反应表现为增磁作用,并在换向之前达到最大;
(轴电枢反应在整个导通过程中均表现为交磁,它使一个磁极下的磁密分布发生改变,但对一个极下的磁通总量影响不大,+。
!
)!
电枢反应对反电势的影响为了解电枢反应对电机反电势的影响,假设转子均匀,且不考虑磁路饱和对气隙磁密的影响,电机转到图&
所示位置时,*、相导通,*、相的合成磁势#$、转子空载磁势#%、检测点位置*和电机转向等各变量关系如图+所示(幅值不成比例关系)。
图电枢磁势、转子磁势关系示意图根据无刷直流电机的换流规律,容易发现:
当转子顺时针匀速旋转时,转子磁势#%向右匀速移动。
从初始位置开始,转子每转动%#&
电角度,定子相电流换相,-!
永磁无刷直流电动机电枢反应的分析#./0定子磁势!
向右跳动!
#。
而后,转子磁势!
$与定子磁势!
的位置关系重复#!
#的情况,周而复始。
从初始位置开始,电机每转动!
#相当于检测点左移!
将电枢反应磁场前移!
角度(!
是检测线圈与工作单元之间的相差),记为!
%。
从&
$点开始,将!
%与转子磁势!
$的各点磁势按逆#方向相加,即可得到电机连续运行时,检测点&
$所在位置的磁密&
$与转子位置关系的曲线,如图%所示。
根据电磁感应定律,可知反电势与该曲线成正比例关系。
电枢反应磁势示意图图%负载运行时检测点磁密与转子位置的关系曲线!
样机电枢反应的仿真与实验分析以一台()多相永磁无刷直流电动机为实验样机,其结构原理如图所示,定子绕组为多个独立的*接结构单元,各单元均为集中整距绕组,且馈电时间依次相隔+,电角度。
转子为$对极,磁钢装配采用内嵌式切向磁化结构。
设计空载气隙磁密为梯形波且波顶宽+%,电角度。
空载气隙磁密计算值与实测值如图!
曲线-、.所示。
一个极下的气隙磁密平均值实测为/&
0+$1,计算值为/%$21。
在此只对一个*单元的工作情况进行实验和仿真分析。
根据无刷电机的运行原理,只需对一个导通区域(转子旋转!
电角度)的磁场分布情况进行分析,即可了解电机稳定运行时气隙磁场的情况。
在仿真中采用依次改变所加载电流的相的方法来模拟转子依次转过+,电角度时的情况,从而只需对仿真模型进行一次剖分,缩短了计算时间。
负载计算值如图!
曲线3所示。
计算气隙磁场的最大畸变量为/+4/5$6。
图永磁无刷直流电动机截面示意图图!
检测点实测气隙磁密与磁场分析结果(-:
空载计算值,.:
空载实测值,3:
负载计算值,7:
负载实测值)实验中以一个单元为工作单元,负载磁场实测波形如图!
曲线7所示。
实测气隙磁场最大畸变量为/4/%!
5+06。
磁场计算值较实测值大,但相对变化率基本一致。
把图!
曲线3和7与图%中.相比较可以看出,检测点的气隙磁密与转子位置的关系曲线总趋势均为前高后低,考虑到换向时电流不能突变,实际转子磁路不均匀,以及磁路饱和的影响,所以无论是仿真波形还是实验波形均无明显阶跃现象。
负载时,转子在不同位置时的气隙磁场分布数值分析结果如图2所示,很明显可以看出电枢反应在!
电角度内开始是去磁的,中间位置是纯交磁的,然后增磁$。
另外,比较图!
和图2可以看出检测点磁密(或者说相反电势)随时间的分布与气隙磁密沿圆周的分布是不同的,这一点明显有别于普通有刷直流电机。
+$/8$大电机技术(横坐标为气隙圆周,纵坐标为气隙磁密)图!
转子在不同位置时的气隙磁密分布转子在不同位置时,一个极下平均磁密(正比于极下的磁通量)曲线如图所示。
图转子位置与一个极下平均磁密的关系曲线在#$%且负载时的平均磁密($&
)*)基本等于空载时的磁密。
一个极下磁通量相对变化率为($&
#(+$&
(,$)-$&
).#&
$/0,因此!
轴电枢反应对一个极下磁通量的影响不大。
但由图1可知,电枢反应引起气隙空载磁密的畸变量约为($0,由于定子绕组采用,($%方波电流供电,这种畸变使得磁路局部饱和严重,进而使得在每相导通的,($%区间内对应的平均反电势减小,限制了电机出力,因此轴电枢反应对电机性能的影响是相当严重的。
设计中可以采用增大轴磁路磁阻和优化磁路结构的方法来削弱其影响。
结论(,)永磁无刷直流电动机电枢反应的!
轴分量使得,在一个导通区域内,前#$#表现为去磁,后#$#表现为增磁,若不考虑饱和,则平均磁通量基本保持不变;
轴分量造成极下磁场的分布不平衡。
(()对于永磁无刷直流电机,由于一个极下通电导体数目比较少,且定子磁场为步进式旋转,分析一般有刷直流电机气隙磁密所采用的叠加原理在分析其反电势时已不再适用。
(#)轴电枢反应对总磁通影响不大,但由于永磁无刷直流电机的特殊工作原理,影响电机性能的主要是轴电枢反应造成的气隙磁密畸变使得在每相导通的,($#区间内的磁通量发生变化,因此对于大功率永磁无刷直流电动机,为减少电枢反应对电机性能的影响,除控制极下磁通量的变化幅度外,还应采取措施控制电枢反应的轴分量。
参考文献,许实章&
电机学(第#版)2&
北京:
机械工业出版社,,/)&
(周元芳&
永磁无刷直流电动机的电枢反应3&
广西电力技术,,/),(,):
#$+#&
#胡文静,吴彦平&
稀土永磁无刷直流电动机电枢反应的分析2&
微电机,($(,#)(()&
456789:
6,?
=4A569=,BC=D=A6E8,2=F;
4G6=H8=&
*C;
=9:
58;
9I;
6:
AH9;
J=IAJ87AJ=69A9KA7GAJ87;
AIJ=6969JC;
L;
7:
67A9I;
=9J;
7=67L;
7AG9;
9JAH9;
JAIC=9;
M&
NOOO*7A9AIJ=69692AH9;
J=I,($#,(!
(()&
收稿日期($+$1+(1作者简介王晋(,/!
/+),男,河北深泽人,于华中科技大学电气与电子工程学院硕士在读,主要研究方向为永磁无刷直流电机设计及其控制。
(编辑:
王金华)1,永磁无刷直流电动机电枢反应的分析($)&
P(
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 永磁 直流电动机 电枢 反应 分析
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)