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永磁直流力矩电动机极对数多少与转速关系分析

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儆持电棚 2010年第9期 ……… ,… 永磁直流力矩电动机极对数多少与转速关系分析 张文海 (成都精密电机厂,四川成都610500) 中图分类号:TM359.6 文献标识码:E 矩电机设计成10对极,设计和制造都是无法实现的。 其次,是从性能指标要求上考虑的。因为极对数的多少 各有优缺点,它对电机的一些性能指标影响较人,电机设计 时要综合考虑选择。极对数少的优点是,每极下的齿槽数K 文章编号:1004—7018(2010)09-0079-01 1永磁直流力矩电动机极对数与转速关系 在电枢电压一定的情况下,永磁直流电动机的空载转速 与反电势系数 成反比。也就是说,在额定电枢电压下, 反电势系数 越高,永磁直流力矩电动机的转速越低;反电 势系数 越低,转速越高。而永磁直流力矩电动机反电势 系数计算公式: K =—‘ ㈩ (1) 式中:K 为反电势系数(V/r・mim );K为电枢槽数;N。为 电枢绕组元件匝数;Ot为极弧系数;D为电枢外径(m);£为 电枢铁心长度(I11);B 为气隙磁密。 从式(1)可以看}jJ,永磁直流力矩电动机的反电势系数 K 与电机极对数P无关,只和K、N.、OL、D、L、B 有关,并与这 些参数成正比关系。转换过来说,式(1)表明了这样一种关 系:永磁直流力矩电动机的空载转速(也包括除串励电动机 外的所有直流电动机)与极对数P无关,只和K,、N 、O/、D、L、 曰 有关,并和这些参数成反比关系。在其它因素不变的情况 下,电枢槽数K越多,可放的导体数越多,电机反电势系数 越高,转速越低;电枢绕组元件匝数Ⅳ_越多,单位转速产生 的切割电势越高, 越高,转速越低;极弧系数 越大,气隙 磁通 越大,^|越高,转速越低;电枢外径D越大,单位转 速下导体运动的线速度越大, 越高,转速越低;电枢铁心L 越长,导体有效长度越长,K 越高,转速越低;气隙磁密B 越 高,B 越大,每极下的气隙磁通 越大, 越高,转速越低。 在影响转速的因素中,增多电枢绕组元件Ⅳ_匝数,电机转速 会变低,增大气隙磁密口 ,电机转速会变低,而增大电枢外径 D,电机转速会变低,一般容易与极对数P混淆不清。大机座 号力矩电机极对数相对较多,小机座号力矩电机极对数相对 较少,完全是结构设计的需要,并不是从转速上的考虑。因 为在电枢电压一定的情况下,极对数的多少并不会影响直流 电动机的空载转速。例如,4极电枢为单磕绕组的直流驱动 电动机,去掉90。_~ 对电刷,等效于去掉一对磁极,电动机的 空载转速仍然不变,能直观地说明这一问题。因此,我们说 机座号越大的永磁直流力矩电动机,空载转速会越低,在其 它设计参数不变的情况下,直流电动机的空载转速‰与电 枢外径D成反比关系,极对数P的多少,不影响这个关系。 2永磁直流力矩电动机空载转速与极对数关系不 大,而为什么又要设计成多极的? 首先,是从结构设计和工艺难度两方面考虑的。大机座 号力矩电机,一般极对数相对较多;小机座号力矩电机,一般 极对数相对较少。这样的结构设计容易,工艺性也好。如果 将大机座号的力矩电机设计成两三对极,或将小机座号的力 多,磁阻力矩变小,电机转矩波动小;每极下的元件数随之增 多,反电势半波的平波作用好,转矩波动变小;相邻换向片间 串联的元数少,片问电压低,不易产生电位差火花。缺点是, 嵌线端接加长,铜损大,电机常数变低;每极气隙磁通量大, 电枢轭容易饱和,漏磁损耗大,电机常数会变低;线圈几何尺 寸变大,电枢电感增大,电气时间常数会变大;磁极宽,电机 结构设计、磁钢粘贴工艺难度增加。而极对数多的优缺点正 好和极对数少的优缺点相反。电机设计时,可作如下选择: 如对该电机转矩波动要求小,极对数则可适当选择少的,这 样每极下的齿槽数会增多,可放元件数也多,转矩波动则会 减小。如果对该电机电气时间常数要求小,极时数则应选择 多的,这样电枢电感会减小,电气时间常数也可变小。总之, 永磁直流力矩电动机极对数的多少,不是为转速高低而考 虑,而是为其它性能指标作选择。 3多极、电枢单叠绕组驱动直流电动机反电势系数 计算公式的变换 多极、电枢为单叠绕组的直流电动机反电势系数计算公 式似乎与式(1)并不一样。因为永磁直流力矩电动机为单波 串联绕组,并联支路数n=1,而多极单叠绕组直流电动机,其 电枢并联支路数n不等于1,而是等于极对数,即式(1)应变为: KN l c ̄DLBs Ke=—=—— 一 (2)() 如果按式(2)计算,多极单叠绕组直流电动机极对数越 多,并联支路数。越大,按式(2)计算出的反电势系数 越 低,电机转速应该与极对数有关系。而多假、单叠绕组直流 电动机转速与极对数并无关系,因为每对数的电枢并联支路 都是和电源并联的,只留下一对极和多极在同一 电枢电压 下,空载转速不会发生变化,式(2)的问题在哪里?分析式 (1)便可知道,因永磁直流力矩电动机只有一一对并联支路,即 n=1,所以电枢槽数K中的所有导体都参与 作。也就足 说,式(1)既是永磁直流力矩电动机的反电势系数计算公式, 也是n不等于1的直流驱动电动机反电势系数计算公式。 如果式(2)中分母除以n,分子中的电枢总槽数K也应除以 n,因极对数变少后,相应槽中的导体则不再参与工作,所有 电枢总槽数K应除以。。其变换结果是式(2)仍然等于式(1), 只是这时K表示的不是一对极的电枢槽数,而是电枢总槽数。 4直流电动机空载转速与极对数的关系怎样表述妥当? 式(1)证明了直流电动机的空载转速与极对数无关,但 实际上,直流电动机空载转速如果没有磁极根本无法旋转。因 此可以这样表述,直流电动机的空载转速与极对数关系不大。 

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