永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)深度

1、關(guān)于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)的深度第一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月摘要介紹PMDC馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)回顧BLDC馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)PM交流馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)的其他定義方式結(jié)論第二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月介紹Tm=kTI。E=kEm。kT和kE 將電路方程式與機(jī)械方程式結(jié)合一起，並且廣泛使用在馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制。兩個(gè)常數(shù)使用在PM馬達(dá)必須討論以下：電流飛輪二極體、任意的反電動(dòng)勢(shì)波形、凸極、任意的脈波寬度和觸發(fā)角和內(nèi)部功率因素角度。第三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月PMDC馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)回顧在PMDC馬達(dá)，電路方程式為Vs=E+RaI+VbVs是供應(yīng)直流電壓源，E是反電動(dòng)

2、勢(shì)，Vb是一對(duì)電刷的電壓降，I是輸入直流電流，並且Ra是電樞電阻。(1)第四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月可以將機(jī)械方程式結(jié)合在一起。m是在rad/s的機(jī)械角速度，Tm是在Nm的電磁(氣隙)轉(zhuǎn)矩，kE是在Vs/rad的反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，kT是在Nm/A的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 (2)第五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月kE和kT 有以下的特性：1)在度量單位下， kE=kT 。2) kE和kT 是常數(shù)。3) kE和kT 可以測(cè)量。特性1)可以從 EI= Tm m得證。第六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月特性2)有以下四點(diǎn)：a)永磁直流馬達(dá)由於表面型磁石有高氣隙，因此，因電樞反應(yīng)

3、影響的飽和度變化可以被忽略 。b)在運(yùn)作時(shí)電刷位置被機(jī)械固定即使他可以被調(diào)整 。c)在電刷寬度的角度內(nèi)每個(gè)線圈的電流完成換相，並且換流持續(xù)時(shí)間不受轉(zhuǎn)子速度的影響。d)即使電樞阻抗並沒有排列在q軸，也沒有磁阻轉(zhuǎn)矩。 第七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月由特性3)的觀點(diǎn)，反電動(dòng)勢(shì)kE可以在發(fā)電機(jī)模式無載情況下被測(cè)量，轉(zhuǎn)矩常數(shù)kT可以直接從kE獲得，或者從負(fù)載操作下獲得。馬達(dá)控制可以很簡(jiǎn)單的從上面兩式預(yù)測(cè)永磁直流馬達(dá)的特性。 第八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月BLDC馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)第九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月A. 電壓方程式再也不能應(yīng)用電壓方程式在無刷直流馬達(dá)

4、因?yàn)樽愿袎航翟僖膊槐粦?yīng)用。在永磁直流馬達(dá)，由電流換相造成的自感感應(yīng)電壓並非有助於電刷兩端的電壓降。然而，在無刷直流馬達(dá)，自感壓降可以比擬成電阻壓降。第十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月B. kT和kE再也不是常數(shù)在無刷直流馬達(dá)，E是跨於直流端的平均反電動(dòng)勢(shì)，他的值將會(huì)隨著電流飛輪二極體的導(dǎo)通時(shí)間而改變。 第十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月(3)第十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月很明顯的知道平均反電動(dòng)勢(shì)隨著電流飛輪二極體導(dǎo)通時(shí)間而改變，因此kE在不同的操作並不是定值。 第十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月只要TfTs，飛輪二極體的電流總是會(huì)減少輸

5、入的直流和減少轉(zhuǎn)矩，因此kT隨著電流飛輪二極體的導(dǎo)通時(shí)間而改變，導(dǎo)通時(shí)間隨著轉(zhuǎn)子速度改變。另外一個(gè)kT並不是定值情況，在內(nèi)藏型永磁馬達(dá)(IPM)，磁阻轉(zhuǎn)矩成分也會(huì)貢獻(xiàn)氣隙轉(zhuǎn)矩作為突極效應(yīng)的結(jié)果，並且磁阻轉(zhuǎn)矩成分並不會(huì)線性正比於直流。此外，直流無刷馬達(dá)的觸發(fā)角和脈波寬度通常須控制的。這也是一個(gè)kT不是常數(shù)的情況。第十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月下圖顯示表面型無刷直流馬達(dá)(固定不變的觸發(fā)角和脈波寬度)隨著速度改變的kT。 第十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月C. kT再也不等於kE在無刷直流馬達(dá)，跨於直流端的反電動(dòng)勢(shì)一般包含與任意線對(duì)線反電動(dòng)勢(shì)波形相關(guān)的漣波。即使線對(duì)線

6、感應(yīng)電壓可能藉由一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)，在60電機(jī)角有一個(gè)平坦的波形，電流飛輪二極體漣波仍需要被考慮。第十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月輸入電流因?yàn)橐舶@著的漣波。藉由功率轉(zhuǎn)換的定理，可以得到 e和i是直流反電動(dòng)勢(shì)和輸入電流的漣波，相對(duì)地，從由上式，得知因?yàn)門mmEI所以在負(fù)載情況kTkE。 (4)第十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月D. kE在負(fù)載下不再被精確測(cè)量藉由測(cè)量氣隙轉(zhuǎn)矩和負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)下的輸入電流的直流成分，kT可以被決定。然而，無刷直流馬達(dá)的kE在負(fù)載下再也不精確地測(cè)量。因?yàn)閗E在負(fù)載情形不同於在無載情形，所以不能藉由驅(qū)動(dòng)一個(gè)馬達(dá)作為發(fā)電機(jī)並且使用整流器整流線電壓。

7、因?yàn)樵谪?fù)載情況下kT kE，所以kE不能直接地從kT獲得。 第十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月PM交流馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)交流永磁馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)被定義為轉(zhuǎn)矩與交流輸入相電流Ipeak的峰值的比例，並且反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為感應(yīng)相電壓Epeak與動(dòng)子轉(zhuǎn)速的比例(5)第十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月大部分交流永磁馬達(dá)操作如同同步馬達(dá)。在永磁同步馬達(dá)，內(nèi)部的功率因素角i是反電動(dòng)勢(shì)相量和電流相量之夾角，從機(jī)械負(fù)載的觀點(diǎn)，夾角會(huì)隨著負(fù)載自動(dòng)被調(diào)整，因此一般不是零。在這些情況，傳送的機(jī)械功率為(6)第二十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月Irms 和Erms代表弦波相電流和反電動(dòng)勢(shì)

8、的根均方值(rms)，m是相數(shù)。為了能量轉(zhuǎn)換，機(jī)械功率一定等於電機(jī)功率，也就是說 其中(7)(8)第二十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月由上式可以得到一個(gè)結(jié)論，即使當(dāng)飽和效應(yīng)可以被忽略時(shí)，kE可能是常數(shù)。但是永磁同步馬達(dá)的kT不是常數(shù)。kT隨著內(nèi)部功率角而改變，功率角隨著機(jī)械負(fù)載不同而改變。 第二十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一個(gè)3相4極的永磁同步電機(jī)，如右圖所示，使用2D暫態(tài)有限元素方法(FEM)分析可以指出轉(zhuǎn)矩常數(shù)隨著內(nèi)部功率因素角度而改變。為了觀察隨著內(nèi)部功率因素角度而改變的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，電樞電流造成的飽和變化可以被忽略，如此線性材料被使用於所有元件。 第二十三張

9、，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月A. 固定電樞磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子三相繞組是用於直流由下表示 Im經(jīng)過參數(shù)分析設(shè)定為0和1A。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500rpm，轉(zhuǎn)子的起初位置設(shè)定在a相繞組在t=0時(shí)有正的最大感應(yīng)電壓的位置。在Im為0和1A時(shí)，轉(zhuǎn)矩顯示下圖。(9)第二十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月我們可以看到Im=1A的轉(zhuǎn)矩包括兩個(gè)成分：其中一個(gè)成分由相電流產(chǎn)生，另一個(gè)頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩成分由永磁的0相電流產(chǎn)生。第二十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月因?yàn)榫€性材料被使用，由相電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩成分可以從Im=1A的轉(zhuǎn)矩減去Im=0A的轉(zhuǎn)矩直接獲得，如下圖所示。根據(jù)定義，下圖的曲線表示轉(zhuǎn)

10、矩常數(shù)因?yàn)檗D(zhuǎn)矩由每單位相電流產(chǎn)生。指出轉(zhuǎn)矩常數(shù)由此可以得知並不是常數(shù)，因此不適合使用在交流永磁電機(jī)。 第二十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月上圖轉(zhuǎn)矩圖形包括由永磁和相電流產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)的空間諧波效應(yīng)。如果空間諧波效應(yīng)可以被忽略，那轉(zhuǎn)矩波形將會(huì)是內(nèi)部的功率因素角度的正弦曲線函數(shù)。第二十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月B. 固定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電樞磁場(chǎng)三相繞組被用來作為交流表示如下： Im設(shè)定為1A並且頻率f是50Hz。轉(zhuǎn)子設(shè)定為停滯並且轉(zhuǎn)子的初始位置設(shè)定頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為0和a相繞組在時(shí)間t=0時(shí)有正的最大感應(yīng)電壓的位置。 (10)第二十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一週期

11、的計(jì)算轉(zhuǎn)矩被表示在下圖。表示一個(gè)由永磁和相電流產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)的空間諧波在這個(gè)情況並不產(chǎn)生諧波轉(zhuǎn)矩。 第二十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月由此得知轉(zhuǎn)矩對(duì)於內(nèi)部功率因素的比例是定值。 第三十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)矩常數(shù)的其他定義當(dāng)所有相電壓和電流轉(zhuǎn)換成dq軸，同步電機(jī)的電壓方程式和直流電機(jī)的電壓方程式是一樣的。因此，無刷直流和交流永磁馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)在dq軸將可以被定義。 第三十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月從abc到dq0的相電壓和電流轉(zhuǎn)換可以表示成 在此(11)(12)第三十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月=2/3，是d軸與a相軸的電

12、機(jī)徑度夾角，如下圖所示。 第三十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月dq軸的電壓方程式為 R1是相繞組電阻，Ld和Lq是在dq軸上的繞組同步電感，p代表d/dt，並且 (13)(14)第三十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月md是由永磁轉(zhuǎn)換成d軸的繞組磁通交鏈，m是rad/s的機(jī)械角速度，npp是馬達(dá)的極對(duì)數(shù)。 以Nm的轉(zhuǎn)矩為 大部分的表面型永磁馬達(dá) Lq=Ld，因此轉(zhuǎn)矩為(15)(16)第三十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月由文獻(xiàn)4-6可以很合理的定義轉(zhuǎn)矩常數(shù)和反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為在此在上式的負(fù)號(hào)是由於dq軸參考方向。根據(jù)這個(gè)參考方向，正的iq將會(huì)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)聯(lián)產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩。 kE=kT=nppmd (17)(18)第三十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月很明確，式子(17)的定義使所有特性與永磁直流馬達(dá)的相同：在度量單位下kT=kE；kT和kE是常數(shù)；並且kT和kE可以被測(cè)量。當(dāng)LqLd，如同在內(nèi)藏型馬達(dá)和輻射型永磁馬達(dá)，式子(16)只能被應(yīng)用在id=0的控制。然而，kT和kE在內(nèi)藏型馬達(dá)可能不是常數(shù)。 轉(zhuǎn)矩常數(shù)和反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)的定義不僅可以應(yīng)用在使用弦波電流的交流永磁馬達(dá)，也可以應(yīng)用在包括大量諧波成分電流的無刷直流馬達(dá)。 第三十七張，PPT