張文海

(成都精密電機廠,四川成都 610500)

1 永磁直流力矩電動機極對數(shù)與轉(zhuǎn)速關(guān)系

在電樞電壓一定的情況下,永磁直流電動機的空載轉(zhuǎn)速n0與反電勢系數(shù)Ke成反比。也就是說,在額定電樞電壓下,反電勢系數(shù)Ke越高,永磁直流力矩電動機的轉(zhuǎn)速越低;反電勢系數(shù)Ke越低,轉(zhuǎn)速越高。而永磁直流力矩電動機反電勢系數(shù)計算公式:

式中:Ke為反電勢系數(shù)(V/r?mim-1);K為電樞槽數(shù);N1為電樞繞組元件匝數(shù);α為極弧系數(shù);D為電樞外徑(m);L為電樞鐵心長度(m);Bδ為氣隙磁密。

從式(1)可以看出,永磁直流力矩電動機的反電勢系數(shù)Ke與電機極對數(shù) p無關(guān),只和 K、N1、α、D、L、Bδ有關(guān),并與這些參數(shù)成正比關(guān)系。轉(zhuǎn)換過來說,式(1)表明了這樣一種關(guān)系:永磁直流力矩電動機的空載轉(zhuǎn)速(也包括除串勵電動機外的所有直流電動機)與極對數(shù) p無關(guān),只和 K1、N1、α、D、L、Bδ有關(guān),并和這些參數(shù)成反比關(guān)系。在其它因素不變的情況下,電樞槽數(shù) K越多,可放的導(dǎo)體數(shù)越多,電機反電勢系數(shù) Ke越高,轉(zhuǎn)速越低;電樞繞組元件匝數(shù)N1越多,單位轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的切割電勢越高,Ke越高,轉(zhuǎn)速越低;極弧系數(shù) α越大,氣隙磁通Φδ越大,Ke越高,轉(zhuǎn)速越低;電樞外徑 D越大,單位轉(zhuǎn)速下導(dǎo)體運動的線速度越大,Ke越高,轉(zhuǎn)速越低;電樞鐵心 L越長,導(dǎo)體有效長度越長,Ke越高,轉(zhuǎn)速越低;氣隙磁密 Bδ越高,Bδ越大,每極下的氣隙磁通Φδ越大,Ke越高,轉(zhuǎn)速越低。在影響轉(zhuǎn)速的因素中,增多電樞繞組元件 N1匝數(shù),電機轉(zhuǎn)速會變低,增大氣隙磁密 Bδ,電機轉(zhuǎn)速會變低,而增大電樞外徑D,電機轉(zhuǎn)速會變低,一般容易與極對數(shù) p混淆不清。大機座號力矩電機極對數(shù)相對較多,小機座號力矩電機極對數(shù)相對較少,完全是結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要,并不是從轉(zhuǎn)速上的考慮。因為在電樞電壓一定的情況下,極對數(shù)的多少并不會影響直流電動機的空載轉(zhuǎn)速。例如,4極電樞為單疊繞組的直流驅(qū)動電動機,去掉 90°一對電刷,等效于去掉一對磁極,電動機的空載轉(zhuǎn)速仍然不變,能直觀地說明這一問題。因此,我們說機座號越大的永磁直流力矩電動機,空載轉(zhuǎn)速會越低,在其它設(shè)計參數(shù)不變的情況下,直流電動機的空載轉(zhuǎn)速 n0與電樞外徑D成反比關(guān)系,極對數(shù)p的多少,不影響這個關(guān)系。

2 永磁直流力矩電動機空載轉(zhuǎn)速與極對數(shù)關(guān)系不大,而為什么又要設(shè)計成多極的?

首先,是從結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝難度兩方面考慮的。大機座號力矩電機,一般極對數(shù)相對較多;小機座號力矩電機,一般極對數(shù)相對較少。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計容易,工藝性也好。如果將大機座號的力矩電機設(shè)計成兩三對極,或?qū)⑿C座號的力矩電機設(shè)計成 10對極,設(shè)計和制造都是無法實現(xiàn)的。

其次,是從性能指標(biāo)要求上考慮的。因為極對數(shù)的多少各有優(yōu)缺點,它對電機的一些性能指標(biāo)影響較大,電機設(shè)計時要綜合考慮選擇。極對數(shù)少的優(yōu)點是,每極下的齒槽數(shù) K多,磁阻力矩變小,電機轉(zhuǎn)矩波動小;每極下的元件數(shù)隨之增多,反電勢半波的平波作用好,轉(zhuǎn)矩波動變小;相鄰換向片間串聯(lián)的元數(shù)少,片間電壓低,不易產(chǎn)生電位差火花。缺點是,嵌線端接加長,銅損大,電機常數(shù)變低;每極氣隙磁通量大,電樞軛容易飽和,漏磁損耗大,電機常數(shù)會變低;線圈幾何尺寸變大,電樞電感增大,電氣時間常數(shù)會變大;磁極寬,電機結(jié)構(gòu)設(shè)計、磁鋼粘貼工藝難度增加。而極對數(shù)多的優(yōu)缺點正好和極對數(shù)少的優(yōu)缺點相反。電機設(shè)計時,可作如下選擇:如對該電機轉(zhuǎn)矩波動要求小,極對數(shù)則可適當(dāng)選擇少的,這樣每極下的齒槽數(shù)會增多,可放元件數(shù)也多,轉(zhuǎn)矩波動則會減小。如果對該電機電氣時間常數(shù)要求小,極對數(shù)則應(yīng)選擇多的,這樣電樞電感會減小,電氣時間常數(shù)也可變小?？傊?永磁直流力矩電動機極對數(shù)的多少,不是為轉(zhuǎn)速高低而考慮,而是為其它性能指標(biāo)作選擇。

3 多極、電樞單疊繞組驅(qū)動直流電動機反電勢系數(shù)

計算公式的變換 多極、電樞為單疊繞組的直流電動機反電勢系數(shù)計算公式似乎與式(1)并不一樣。因為永磁直流力矩電動機為單波串聯(lián)繞組,并聯(lián)支路數(shù)a=1,而多極單疊繞組直流電動機,其電樞并聯(lián)支路數(shù) a不等于1,而是等于極對數(shù),即式(1)應(yīng)變?yōu)?

如果按式(2)計算,多極單疊繞組直流電動機極對數(shù)越多,并聯(lián)支路數(shù) a越大,按式(2)計算出的反電勢系數(shù) Ke越低,電機轉(zhuǎn)速應(yīng)該與極對數(shù)有關(guān)系。而多極、單疊繞組直流電動機轉(zhuǎn)速與極對數(shù)并無關(guān)系,因為每對數(shù)的電樞并聯(lián)支路都是和電源并聯(lián)的,只留下一對極和多極在同一電樞電壓下,空載轉(zhuǎn)速不會發(fā)生變化,式(2)的問題在哪里?分析式(1)便可知道,因永磁直流力矩電動機只有一對并聯(lián)支路,即a=1,所以電樞槽數(shù) K中的所有導(dǎo)體都參與工作。也就是說,式(1)既是永磁直流力矩電動機的反電勢系數(shù)計算公式,也是a不等于 1的直流驅(qū)動電動機反電勢系數(shù)計算公式。如果式(2)中分母除以 a,分子中的電樞總槽數(shù)K也應(yīng)除以a,因極對數(shù)變少后,相應(yīng)槽中的導(dǎo)體則不再參與工作,所有電樞總槽數(shù)K應(yīng)除以 a。其變換結(jié)果是式(2)仍然等于式(1),只是這時 K表示的不是一對極的電樞槽數(shù),而是電樞總槽數(shù)。

4 直流電動機空載轉(zhuǎn)速與極對數(shù)的關(guān)系怎樣表述妥當(dāng)?

式(1)證明了直流電動機的空載轉(zhuǎn)速與極對數(shù)無關(guān),但實際上,直流電動機空載轉(zhuǎn)速如果沒有磁極根本無法旋轉(zhuǎn)。因此可以這樣表述,直流電動機的空載轉(zhuǎn)速與極對數(shù)關(guān)系不大。