电机分数槽电枢绕组浅析
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近年来，无刷直流永磁电动机被广泛地用于视听设备、计算机外部设备和情报信息机械等领域。在这些领域内，无刷直流永磁电动机大多采取多极薄饼式外转子结构，其电枢绕组大多采用分数槽型式的绕组。多极薄饼式结构能使电动机的结构紧凑，性能提高，满足用户的高精度要求。 采用分数槽绕组的主要优点 ●电枢冲片的齿槽数减少，在一定程度上可以减少槽绝缘所占的空间，提高铜铁等有效材料的利用率，并便于电枢冲片和铁心的制作； ●一般情况下，电枢绕组的第一节距y=1，即每个齿上绕制一个集中线圈，从而可采用自动绕线机绕制，可以显著地提高劳动生产率，降低电动机的制造成本； ●能显著地缩短电枢线圈的端部长度，节省铜材；并可以减小电枢的漏抗，增加电动机的出力，提高灵敏度和效率： ●减小齿槽效应引起的力矩脉动。 分数槽绕组的概念 q为每极每相槽数，当q为整数时，电机每个极距内的槽数也是整数。在三相电机中，每个极距被分成三个相互间隔60°电角度的相带，每个相带内的槽数也是整数。在此情况下，后一对磁极下齿槽的空间几何位置是前一对磁极下齿槽的空间几何位置的重复，若把各对磁极依次重叠起来，则它们的齿槽位置将一一对应重合。因此，在整数槽绕组的电机中，每一磁极对的电磁关系和电磁参数是一样的，各个磁极对下的相应的绕组导体中的感应电动势，或者由该绕组导体中的电流所产生的磁动势也都是同相位的。 每相总的感应电动势是每对磁极下每相感应电动势的标量代数相加之和，也可以描述为，每相总的感应电动势是每对磁极下的每相感应电动势与磁极对数p的乘积。因此，一台整数槽绕组的电机中，其电磁关系或电磁参数是以一个磁极对，亦即以相当于一个360°电角度的相平面为一个周期，重复p次。有时为分析方便起见，可以把一个磁极对所对应的部分称为单元电机，每相总的感应电动势就是单元电机的每相感应电动势与磁极对数p的乘积。单元电机，及其对应的感应电动势向量星形图和磁动势向量星形图是分析计算整数槽电机的基础。 在电机中，当每极每相槽数q不是整数，而是分数时的绕组称为分数槽绕组。采用分数槽绕组时，每极每相槽数q可以写成: q=Z/2pm=b c/d…………………………(1) 式(1)中，m为相数；Z为槽数；p为磁极对数；b为整数；c/d为不可约的真分数。 在三相电机中，当q=Z/2pm为分数时，则每个极距内和每个相带内的槽数就不是整数。一般情况下，分数槽电机的Z和p有一个最大的公约数，即 Z/p=Z0/p0…………………………(2) 式((2)中，Z=Z0t，p=p0t，t为最大的公约数，因此q可写成: q=Z0/2p0m…………………………(3) 式(3)意味着，在分数槽绕组的电机中，每2p0个磁极下每相占有Z0/m个槽。电机的齿槽分布、感应电动势向量图和磁动势向量图，以2p0个磁极为一个周期，重复t次。在同一个2p0个磁极范围内，后一磁极下齿槽的空间几何位置不是前一磁极下齿槽的空间几何位置的重复，每一磁极对的电磁关系和电磁参数也不是一样的；若把各对磁极依次重叠起来，即把p0个相平面重叠起来，则不同磁极对下面的齿槽就不会一一对应重合，各个磁极对下面的绕组导体中的感应电动势向量，或由该绕组导体内的电流所产生的磁动势向量也不是同相位的。 因此，在2p0个磁极范围内，每相总的感应电动势不是每对磁极下每相感应电动势的标量代数相加，而是向量几何相加。由此可见，相对短矩绕组实现了层与层之间的分布和分布绕组实现了槽与槽之间的分布而言，分数槽绕组则进而实现了磁极对与磁极对之间的分布。为分析起见，可以把由p0个相平面重叠在一起后得到的感应电动势向量星形图或磁动势向量星形图，看作为一个虚拟相平面上的感应电动势向量星形图或磁动势向量星形图；把由p0个磁极对所对应的部分看作具有一对虚拟磁极的电机，并称之为分数槽电机的虚拟单元电机。虚拟单元电机的槽数为Z0，磁极对数为1。因此，一台分数槽电机由t个虚拟单元电机所组成，其每相总的感应电动势就是虚拟单元电机的每相感应电动势与t的乘积。虚拟单元电机，及其对应的感应电动势向量星形图和磁动势向量星形图是分析计算分数槽电机的基础。 |
