《极槽配合的永磁同步电机电磁场谐波分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《极槽配合的永磁同步电机电磁场谐波分析（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、极槽配合的永磁同步电机电磁场谐波的总结永磁同步电机槽配合十分灵活，在一定极数下，不同槽配合永磁 同步电机表现出不同的电气和机械特性，近年来受到国内外学者的广 泛关注和研究。根据每极下定子槽数为是否为整数，永磁同步电机一 般分为整数槽和分数槽电机。分数槽配合与整数槽配合的永磁电机相 比，具有了如下一些优点：8.齿槽转矩小。在同样转子极数下，分数槽配合的永磁同步电机 齿槽转矩一般较整数槽配合的电机要小。齿槽转矩主要是由于转子在 旋转过程中定子槽口引起磁路磁阻的变化所引起，当转子旋转一周时, 不管是整数槽还是分数槽电机，齿槽转矩的周期为 360/LCM(Ns,2p) , LCM(Ns,2p)为电机槽
2、数和极数的最小公倍数， 对于整数槽电机，槽数必为极数的整数倍，齿槽转矩的波动周期为 (360VNS),可见在同样极数下分数槽绕组电机齿槽转矩周期更小， 在较小的旋转周期中，由于槽门引起的磁阻变化也会相对较小，因而 分数槽配合的永磁同步电机齿槽转矩相比整数槽配合的电机一般都 要小很多，当LCM (NS, 2p)越大时，齿槽转矩越小。对于一些要求 不高的应用场合，使用一些分数槽配合甚至可以省去定子斜槽或斜极, 从而可以简化电机制造工艺。b易于实现绕组单齿绕制，绕组端部小，槽利用率大，效率高。 一些槽配合的绕组，如12槽8极、15槽10极等每极下槽数为1.5 的电机，线圈节距为1,每个线圈可以在每个
3、齿上单独绕制，这样就 容易实现定子的分段结构，采用单齿绕制后，绕组端部相比分布绕组更小，不仅减小了用铜量，而且电机铜损也会进一步降低，效率会有 所提高，对于一些定子较短的电机，电机铜损可以减小30%左右。并 且采用单齿绕制不需要从槽口下线，能够直接绕制，槽满率可以更大。c对于某些槽配合的绕组，自感大，互感小，容错性好。对于一 些槽配合，如12槽10极、24槽22极等电机，这些槽配合满足Ns=2pl 或Ns = 2p2,当这些槽配合采用单层绕组时，不同相绕组之间自然形 成物理上的电气隔离不会发生绕组之间的短路，并且这些槽配合的电 机转子极距与定子齿距相差很小，所以绕组自感一般比较大，文中给 出了
4、互感为零的一些槽配合的特点，这些槽配合的电机，自感大而互 感小，并且各相绕组以及各线圈之间具有电气绝缘，因此特别适合于 一些对电机可靠性要求较高的场合。分数槽配合的永磁电机虽然具有了上述一些优点，但同时也带来 了一系列的负面效应，如由于磁动势空间谐波较多，导致转子铁损较 整数槽绕组电机的大尤其在高速时十分明显。此外，由于分数槽绕组 每极下的磁路并不对称，容易出现模数较低的电磁力，这会引起分数 槽绕组电机的电磁振动和噪声都比整数槽配合的电机大。前文已经提到，极槽配合对于电机的振动噪音具有决定性因素， 所以在这里介绍工程上常用的极槽配合，并给出每种模型的尺寸以及 相关参数。表3十台电机的主要结构尺
5、寸槽数/极数电机 9/618/636/612/818/824/848/836/812/1015/1012078定了外径/mm 定子内径/mm定 了 tti 宽./ mm88.98.576.26.566.24.74.2定了齿宽/mm148.84.510.586.234.38.87.8最小气隙/mm0.5最人Y隙/mm1.81.81.81.71.71.71.71.71.31.3磁钢宽度/mm31.531.531.524242424241919磁钢剩磁/T1.195表4十台不同槽配合的永磁同步电机的槽数与极数槽数/极数槽数极数THD(%)4886366174.5368213248311882.518
6、8521281.5966815101.2121098图27十种电机模型截面图表5十种常用槽配合电机定子在1200rpm时振动情况位移/nm槽数/极数频率模态阶数-空载负载6f3140.2261.69/66f6112.010&012 334.658.424$341.030.518/66$69& 299. 136/6661071098485129.412/8885249.416f44.624.832 421.013.88223. 1111.218/816f2662.3623.2紅834.934.624/88867.368.036/832 f8418.618.288485.248/88885.987
7、.01。21692. 16500. 012/1010$1057.055.820 458. 158.7105114228.315/1010$20 1073.667. 1528.753. 140 520.023.4由上表总结可以知道,A. 对于整数槽电机，电机振动情况比较单一，主要的振动是模态 阶数为电机的极数、频率为电机极数倍机械频率的谐波分量，对于分 数槽电机，谐波含量比较丰富。B. 对于整数槽绕组电机，对比在空载和负载情况下的振动，负载 时有稍微的变大，但增加很小。分析几台分数槽绕组的振动情况，可以发现振动位移的模态阶 数和频率并不与相应的电磁力的大小相对应，如9/6电机，在表中的 电磁力谐
8、波(6,6 0的幅值最大，但该电机的(6,6 G的振动位移幅度并 不是最大的，而是(3,6)的振动幅度最大，该振动分量与最小模数的 电磁力谐波相对应。除36/8电机外，分析其他几台分数槽绕组电机， 也可以得出同样结论，振动最大的分量都是有电机中电磁力的最下模 数的电磁力谐波引起，因此可以得出，最小模数的电磁力对电机的电磁振动有较大的影响。由于36槽8极电机绕组磁势本身的谐波含量 要小的多，因而模数为4的力谐波幅值也相对要小的多，所以其引起 的震动相对要小，但即使该谐波的幅度很小，从表中也可以看出其引 起的振动也是不可忽略的。C. 从第二章可以得出，在同样电机外形尺寸下，电机中电磁力谐 波的模数
9、越小，将会引起的振动越大。从表中可以看出，两台电机电 磁力最小模数为2的电机，即18槽8极和12槽10极电机，其振动 在所有电机中最为严重。当然12槽10极电机振动较大的原因还与定 子扼较薄有关，轨越薄，定子的刚度就会变小，同样的电磁力会引起 更大的振动。15槽10极电机与12槽10极电机的辘厚相差不大，但 15槽10极振动要比12槽10极电机小很多，因此12槽10极电机的 振动较大主要是由于其电磁力的模数较小的缘故。D. 当电机的电磁力的模数和频率与定子模态阶数和模态频率都 对应时，定子会发生共振。一般来说，除零阶模态外，定子的模态阶 数越小，其对应的模态频率也越小。因此，在设计电机时，必须注意 在电机的工作转速范围内，电机的低模数的电磁力谐波是否会与定子 的一些低阶模态相一致，从而引发谐振。尤其是尺寸较大的电机，其 各阶模态频率一般都较低，在工作转速范围内很容易与电磁力的一些 低模数的力谐波的频率相一致，从而引发谐振，这在设计电机时应尽 量避免。
