永磁直流力矩電動機設計討論
張文海，譚宏松
(成都精密電機廠，四川成都610500) 中圖分類號：TM33 文獻標識碼：E
文章編號：1004—7018(2008)05—0060—02
l采用虛槽和減少極對數都可降低片間電壓，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。一個實槽中有多少虛槽，片間電壓就可降低多少分之一。同時換向電感則會按四分之一關系降低，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，減小換向火花。一舉兩得，不會顧此失彼，惡化電機其它性能。
減少磁極對數降低片問電壓則不然。我們知道，一臺制造好的直流電動機，每一個元件承受的電壓是固定的，而直流力矩電動機由于采用的是單波繞組，每兩個相鄰換向片之間，有多少對磁極，就串聯了多少個元件。故片間電壓隨磁極對數的增加而增大，隨磁極對數的減少而降低。
在刃(磁直流力矩電動機設計中，為防止電位差火花，常采用減少極對數的方法來降低片間電壓。但此法降低片間壓并不顯著，即使極對數減少一半，片間電壓也才降低二分之一。而大幅度減少極對數的結果，會給電機設計帶來諸多困難：一是電樞端部尺寸成倍增加，銅耗增大，由此引起電機常數減小。二是電樞軛磁密成倍增大，極對數減少一半，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，電機常數也會減小。同時，極對數減少一半，線圈幾何尺寸會增大一倍，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增加，反而對換向不利。例如一種永磁直流力矩電動機，原性能實測參數為：U=110 v，n。=970r／min，I0=O.57 A，L=3 2 mH，Ra=2.45Ω，4.5 A連續堵轉轉矩Tk=4.88 N·m。設計參數為P=lO，線圈匝數N1=20，換向片數K=111，氣隙碰密Bδ=O．69 T。由于片間電壓稍高，采用減少極對數的方法降低片間電壓，極對數減少一半，P=5，其它設計參數不變，變極后測得的電機性能參數為：u=110 V，n。=1 077 r／mm，L=O 95 A，L=8 2 mH，Ra=4 25n，4 .5 A連續堵轉轉矩鞏=4 38 N·m。比較前后兩組數據，可蹦看出，減少極對數后，損耗增大了，矗由原來的0.57A變大為O.95 A；電機常數減小了，由原來的0.70 N·m／／w減小為O 47 N.m，.故4．5 A的連續堵轉轉矩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，必然對換向不利。
如果該電機采用虛槽法降低片問電壓，則不會影響原電機性能，又可顯著降低片間電壓。但采用虛槽法對單波繞組的直流力矩電動機來說也有一定難度，即單波繞組無論是實槽還是虛槽，其槽數都必須是奇數，否則下線無法進行。若一個實槽中采用3個虛槽，下線可行，但工藝難度又增加；若一個實槽中采用2個虛槽，對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虛槽的大忌。如上面舉例電機，實槽數臣=11l，若一個實槽采用2個虛槽，則總虛槽數Kj=222。這里盡管實槽數為奇數，但一個實槽變兩個虛槽后，總虛槽數則變為偶數。這對疊繞組電機來說，下線不成問題；而對單渡繞組的力矩電動機來說，下線有困難。那么，虛槽既然對降低片問電壓，減小換向元件電感有好處，采用兩倍偶數虛槽是否就根本不行呢?回答是也不盡然。若將虛槽數222變為221，下線就不成問題了。只不過這里作一點小小的犧牲，其中109個實槽中上下層放4個元件邊，2個實槽上下層放3個元件邊。這一點變化雖然對支路對稱性及反電勢有微小影響，但對電機總的性能來說，影響不大。經此變化，原線圈個數由111變為221，匝數由N1=20變為N1=10，換向片數也由原來的111變為22l，其它設計參數不變。這樣，既保持了原電機性能不變，又可降低片間電壓，減小換向電感。2極對數p，電樞槽數K，元件匝數Nl，極弧系數α，電樞外徑D，電樞鐵心長度L，氣隙磁密B。等參數對永磁直流力矩電動機的性能影響很大，能否從物
理概念上說明這些參數是怎樣影響電機的空載轉速、堵轉轉矩的?
Ke為永磁直流力矩電動機簡化的反電勢系數計算公式，用該公式闡述上述參數對電機眭能的影響非常方便。對于極對數p，p對永磁直流力矩電動機的反電勢系數Ke沒有影
響，所以極對數P也就不會影響直流力矩電動機以及其它直流電動機的轉速及轉矩。但極對數P對永磁直流力矩電動機的轉矩波動影響較大。極對數越少，每極下的元件數會越多，轉矩波動則越��；反之，極對數越多，每極下的元件數會越少，轉矩波動會越大。另外，極對數少，線圈幾何尺寸大，換向電感大，換向不好。反之， |
