集中繞組永磁無刷電動機

集中繞組水磁尢刷電動機永磁無刷電動機的應(yīng)用永磁無刷電動機由于使用了高性能永磁材料做磁極，體積小、重量輕、效率高，其轉(zhuǎn)矩特性與直流電動機一樣，具有調(diào)節(jié)控制方便、調(diào)速范圍廣、動態(tài)響應(yīng)快等特點。因此，愈來愈受到重視，它不但能代替一般的直流電動機使用，而且在數(shù)控機床、加工中心、智能機器人等要求高精度的應(yīng)用場合，可作為交流伺服電動機。隨著家電工業(yè)的發(fā)展，由于永磁無刷電動機在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以獲得較高的效率，更適合家電變頻的需要。在空調(diào)、冰箱、洗衣機等產(chǎn)品中，逐步由常規(guī)的單相異步電動機驅(qū)動而向永磁無刷電動機變頻調(diào)速發(fā)展。因此可以看到，永磁無刷電動機有廣闊的發(fā)展前景。近些年來，永磁無刷電動機在繞組結(jié)構(gòu)方面有了顯著

的改變就是從原來常用的三相分布繞組改為三相集中繞組。

因數(shù)減小，定子磁動勢中諧波含量增加及定子齒、槽對磁場分布的影響增大，使電動機的脈動轉(zhuǎn)矩增大。本文將針對集中繞組的特點重點介紹其繞組構(gòu)成及電動機轉(zhuǎn)矩的計算方法。集中繞組永磁無刷電動機的繞組構(gòu)成典型的集中繞組典型的集中繞組是電動機1對極內(nèi)只有3個定子齒、槽，定子槽數(shù)Q與極對數(shù)p的關(guān)系為Q/p=3,3個齒上套3個線圈，分別屬于A、B、C三相。多對極的電動機，具有p組線圈，可以將他們串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成三相繞組。圖2為極對數(shù)p=2、定子槽數(shù)Q=6時三相繞組的連接圖，圖中表示2對極下有2組三相線圈，把每相的2個線圈串聯(lián)構(gòu)成了三相繞組，其中1、4線圈串聯(lián)后構(gòu)成A相，2、5線圈串聯(lián)構(gòu)成B相，3、6線圈串聯(lián)構(gòu)成C相。A叩 C匚 XA叩 C匚 X丫丁Z-圖2,整數(shù)槽集中繞組連圖1a為三相分布繞組，它的定子槽數(shù)多，繞組節(jié)距接近一個極距t。圖1b為三相集中繞組，它的定子槽數(shù)少，每對極只有

這種繞組的節(jié)距為短距，節(jié)距系數(shù)y=2/3相鄰兩槽的電角度a=pX360°/Q=120°；可以計算電動機的短距因數(shù)K=sinyn/2=0.866分布因麴^=1（因為是集中繞組）；d1繞組因數(shù)K=K?K=0.866?？梢?，其繞組1因數(shù)較低'，對電動機的感應(yīng)電動勢及基3個槽（甚至更少）。每相繞組集中放置在相鄰的2個槽內(nèi)，繞

波磁動勢削弱較多。為了提高繞組因數(shù)，常采用分數(shù)槽集中繞組。中繞組。組節(jié)距接近2/T。集中繞組的優(yōu)點是繞組端接部分縮短導(dǎo)線用量減少，繞組線圈電阻降低，銅耗減少，電動機效率提高，制造周期

分數(shù)槽集中繞組這種繞組的特點是電動機每對極內(nèi)包含的槽數(shù)小于,8 15^15. “*78 15^15. “*72 21圖3線圈電動勢向量圖ffls性尚電浦哥！ii|■圖圖4分數(shù)槽繞組一相繞組連接圖繞組節(jié)距y=1；極距節(jié)距 T=21/22系數(shù)y=y/t=22/21。

1首先畫出定子上線圈產(chǎn)生的電動勢向量圖，見圖3。圖3中表示21個線圈產(chǎn)生的電動勢向量，如果把雙數(shù)的電動勢向量反向，如圖中2線圈產(chǎn)生的電動勢向量為2號,則須是3的倍數(shù)，即Q/3=整數(shù)，才能構(gòu)成三相對稱繞組。這種繞組必須先畫出槽導(dǎo)體電動勢向量圖才能確定線圈如何分配構(gòu)成三相對稱的繞組，舉例說明如下例：電動機的極對數(shù)p=11，定子槽數(shù)Q=21，畫出三相繞組圖。由于極對數(shù)多，電動機的轉(zhuǎn)速n=60f/p=272.73r/min是一種低速電動機。定子上相鄰兩槽的電角度a=pX360°/Q=188.57143反向的電動勢向量為2’號，它將位于1、3兩個電動勢向量之間。共可得到10個反向電動勢向量。將11個正向電動勢向量和10個反向電動勢向量分為對稱的三組每組串聯(lián)即可組成對稱的三相電動勢。A相由1、2’、3、4’、5、6’、7等向量組成；B相由15、16'、17、18'、19、20'、21等向量組成；C相由8、9’、10、11’、12、13’、14等向量組成。根據(jù)電動勢向量圖3,可以構(gòu)成三相繞組，圖4表示入編諺同志；我一且是葦編諺同志；我一且是葦電氣時fU■的也笑招樣和件也我愛制電彳葉此恥并觸隹札 禮'州敦十年?來理一&在職住商用電恩的發(fā)旺水牢與動向.井理時腳國內(nèi)到T晶發(fā)慎木平導(dǎo)動畜,新產(chǎn)鬲.新工藝,新村料介跚務(wù)國向廣J、械札燉氣時彳抒作為媒惟，船了我達個機會，西而"麗標*????削:加電*J’fW的相牌,伸電氣肘代&I淺表了L址的立卓璀電丁時代》琉輯.與作拓烽心注心，理得到了苴大的精神鼓舞和物周如林.莊■4-jfifta蓬;我打轍強囊為g電氣時枕』工儷?牛K虹WHS監(jiān)要照成高U飲禮’￡變WR大部分沖副*者,面向叵零讀器薜，忙蟲氣嚴蛆購辦牌里精陽把鹽術(shù)部冷尋得電*:用.山地遂睇持瞞度弗輯同志：她5代A虬坤削成的技術(shù)內(nèi)容即二火律業(yè)有殊右'吟果別相大.州宣州據(jù)餓￡$她「■普迎格屋電氣匚作人員整不蜓.蟲科技骨楹高的內(nèi)樣，我狙糟青群#寺半件觀啰書刊野3life.融智時代獨展.忡J任總％適-'儡N出沖肝技合站商的灰的也H福性的,希堡2」氣4邸能刊登更歲具有賣用冊情曲內(nèi)嘉p據(jù)叫相比，點電置時代3物甲弟一痢咐內(nèi)再觥物別虬用咀能弟蛔5力-村"?埃―說］部購U］必脈動a)炒b)“0I112：?344n5脈動a)炒b)“0I112：?344n5七677匕的角度rad于.圖5王集中繞組永磁無刷電動.機轉(zhuǎn)矩波形圖相繞組的構(gòu)成，同理可畫出田目及魅目。以下計算繞組因數(shù)短距因數(shù)K=siny?n/2=sin22/21Xn/2=0.997分布因數(shù)由1圖可知1與2,向量的夾角為a=8.57143,每組串聯(lián)線圈數(shù)目q=7sinqaK= =0.956d1qsini，…一，， 2繞組因數(shù)K=KK=0.953?？梢?，分數(shù)槽繞組的繞組因數(shù)比整數(shù)槽時高得多。集中繞組永磁無刷電動機的轉(zhuǎn)矩分析永磁無刷電動機傳動系統(tǒng)一般由逆變器、磁同步電動機、控制系統(tǒng)和位置傳感器四部分組成，逆變器的通電方式往往采用三相六拍導(dǎo)通方式每一相繞組均導(dǎo)通12(°、斷電60。、然后再導(dǎo)通120°、斷開60°。在這種通電方式下，定子繞組將產(chǎn)生個步進式的旋轉(zhuǎn)磁場，從而造成電動機的轉(zhuǎn)矩除平均值外，還存在脈動轉(zhuǎn)矩。對于集中繞組永磁無刷電動機由于每對極的定子槽數(shù)很少，在電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由于定子槽數(shù)開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化影響較大，因此這種電動機還存在由于定子齒、槽變化而引起的脈動轉(zhuǎn)矩。對于一般永磁無刷電動機計算轉(zhuǎn)矩的方法是將三相系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到二相d-q坐標系統(tǒng)，將定子電流分解為i『i，可得轉(zhuǎn)矩公式如下 "'T=pEi+(L—L)ii]式中祖——永磁體'產(chǎn)生磁鏈"dqfi「i——定、轉(zhuǎn)子電流的d、q軸分量L、L d、q軸電感。轉(zhuǎn)矩由2部分組成，第1項為主轉(zhuǎn)矩，由定子q軸電流與永磁體磁鏈作用產(chǎn)生；第2項為磁阻轉(zhuǎn)矩。由于d、q軸磁阻不同產(chǎn)生。但是，上述公式是計算了基波磁動勢作用下電動機產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩，不能計算電動機的脈動轉(zhuǎn)矩，對于集中繞組永磁無刷電動機，可采用由電動機磁場儲能對轉(zhuǎn)子位移的偏導(dǎo)數(shù)求得電動機轉(zhuǎn)矩，其表示式為T=—pHC-0式中p——電動機極對數(shù)W 電動機的磁場儲能；0——電動機的轉(zhuǎn)子的位移角。從上式公式出發(fā)可以推導(dǎo)出雙邊勵磁包括永磁體電動機)的轉(zhuǎn)矩公式

_!f"2 E2)2土Q1。Q5Q式中i——定子電流10L 定子繞組自感祖12——永磁體在定自繞組中產(chǎn)生的磁鏈W——永磁體產(chǎn)生的電機內(nèi)磁場能量。第一項定子電流產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，對表面永磁電動機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時L不變，轉(zhuǎn)矩為0,對內(nèi)埋式永磁電動機L會變，可產(chǎn)生磁阻1轉(zhuǎn)矩。 11第二項定子電流與永磁體產(chǎn)生磁鏈相互作用產(chǎn)生電動機的主轉(zhuǎn)矩。第三項永磁體產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，齒槽對Wm2變化將會產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩。2下面通過一個例子，計算電動機的轉(zhuǎn)矩1臺表面永磁的無刷電動機樣機參數(shù)如下：定子內(nèi)徑D.=80mm，氣隙長度。=0.5mm，鐵心長L=40mm，極對數(shù)p=4，定子c槽數(shù)Q=12，定子齒度L=18mm，定子槽寬L=2.94mm，t s運行時定子每相安匝AT=200A，永磁體產(chǎn)生每極等效安匝F=800A，F(xiàn)=266A。m1經(jīng)計算，可'得到電動機的轉(zhuǎn)矩波形如圖5所示。圖5a為考慮永磁體3次諧振磁動勢作用下由于定子齒、槽變化產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩對于永磁體基波磁動勢它所產(chǎn)生齒、槽脈動轉(zhuǎn)矩為0。圖5b為電動機負載運行時考慮永磁體3次諧波磁動勢作用下產(chǎn)生的總電磁轉(zhuǎn)矩它是在平均電磁轉(zhuǎn)矩上疊加6次諧