同步電機(jī)之關(guān)于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

1．機(jī)械特性

機(jī)械特性是指轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速n ( r / min）關(guān)系曲線，由式（8一11）可得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：

    可見無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式完全相同，如圖8一10中曲線l所示，但由于公式（8一11）是在忽略電樞反應(yīng)時(shí)所得，所以與實(shí)際情況有一定差別。如不忽略電樞繞組電感作用時(shí)，機(jī)械特性曲線則介于上述兩者之間，如曲線2所示。

    當(dāng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)采用不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電感與電阻對機(jī)械特性有不同影響。當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體采用切向結(jié)構(gòu)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電感較大，機(jī)械特性軟，如曲線3所示；當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體采用徑向結(jié)構(gòu)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電感小，機(jī)械特性硬，如曲線1 。圖中低速大轉(zhuǎn)矩時(shí)曲線產(chǎn)生彎曲，主要是開關(guān)器件的電流較大，管壓降△ U增加快，使電動(dòng)機(jī)電樞繞組上電壓下降，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，從而使機(jī)械特性下彎。

2．工作特性

工作特性是指電樞電流、電動(dòng)機(jī)效率與輸出轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，此關(guān)系如圖8一11所示。

    從效率特性可以看出，小功率無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)高效率段較寬，即輸出轉(zhuǎn)矩幾在較大范圍內(nèi)變化都可以達(dá)到高效率，這主要是因?yàn)橹鞔磐ㄊ茈姌蟹磻?yīng)影響較小，故當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加時(shí)，電樞電流增加相對小，銅耗就小，所以最大效率點(diǎn)下降較慢。這個(gè)特點(diǎn)特別適合于變負(fù)載的場合。

3．調(diào)節(jié)特性

根據(jù)式（8一10）、式（8一11）、式（8一14）可分別求得調(diào)節(jié)特性的初始電壓U 。和斜率K。

    永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線如圖8一12所示。由機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性可見無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)一樣具有良好的控制性能，可以通過改變電壓實(shí)現(xiàn)壓無級調(diào)速，但不能改變磁通來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

8 . 4永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無刷電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的一項(xiàng)十分重要的性能指標(biāo)，很多高性能的伺服系統(tǒng)中對電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都有嚴(yán)格的要求，所以必須了解轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因并加以抑制，這是無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)必須重視的問題。低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)按產(chǎn)生的原因可分為電磁原因、電子換向原因、機(jī)械加工工藝等原因。

8 . 4 . 1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

電磁因素所引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要可歸納以下幾方面的原因：

1．磁極形狀

當(dāng)定子電流和轉(zhuǎn)子磁場相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，它主要與氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布和電流波形及繞組形式有關(guān)。分析表明，對矩形波電動(dòng)機(jī)，當(dāng)極弧寬度增加時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩增加、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小，當(dāng)極弧寬度達(dá)到二時(shí)，電動(dòng)機(jī)出力最大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為零。但實(shí)際電動(dòng)機(jī)極弧的寬度不可能完全達(dá)到180 。電角度，應(yīng)盡可能提高極弧系數(shù)為好。

2．電樞反應(yīng)

電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，改變永磁體空載時(shí)，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布波形，并使前極尖加強(qiáng)、后極尖削弱，該畸變的磁場與定子通電繞組相互作用，使電磁轉(zhuǎn)矩隨定轉(zhuǎn)子相對位置變化而脈動(dòng)。同時(shí)，在任一磁極狀態(tài)下，相對靜止的電樞反應(yīng)磁場與連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子主極磁場相互作用，而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩因轉(zhuǎn)子位置不同而發(fā)生變化。為減少上述原因引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)選擇瓦片形永磁體徑向結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)增大氣隙，同時(shí)在電磁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使電動(dòng)機(jī)空載充分飽和。

3．齒槽效應(yīng)

由于齒槽存在引起每極下磁阻發(fā)生變化，所以也稱磁阻轉(zhuǎn)矩。減少齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，盡量采用定子斜槽，增大氣隙長度和采用分?jǐn)?shù)槽，消除齒槽效應(yīng)的最好辦法是采用無槽結(jié)構(gòu)。

8 . 4 . 2電子換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

無刷直流電動(dòng)機(jī)每經(jīng)過一個(gè)磁狀態(tài)，定子繞組中電流就要進(jìn)行一次換相，每一次換相電動(dòng)機(jī)中的電流就要從一相轉(zhuǎn)移到另一相，這種電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相的變化會(huì)對電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一定的影響，這種相電流換相也是引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的重要原因。

    分析表明換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要決定于繞組反電動(dòng)勢，也就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而與電樞穩(wěn)態(tài)電流無關(guān)。對于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)矩形波無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)：當(dāng)轉(zhuǎn)矩很低或堵轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)△ T二一50 % ;當(dāng)轉(zhuǎn)速滿足。時(shí)，。對于相電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可以采用重疊換相法來抑制。