同步電機之關(guān)于永磁無刷直流電動機的運行特性

1．機械特性

機械特性是指轉(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機的機械特性：

    可見無刷直流電動機和有刷直流電動機的機械特性表達式完全相同，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)時所得，所以與實際情況有一定差別。如不忽略電樞繞組電感作用時，機械特性曲線則介于上述兩者之間，如曲線2所示。

    當(dāng)永磁無刷直流電動機采用不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電感與電阻對機械特性有不同影響。當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體采用切向結(jié)構(gòu)時，電動機電感較大，機械特性軟，如曲線3所示；當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體采用徑向結(jié)構(gòu)時，電動機電感小，機械特性硬，如曲線1 。圖中低速大轉(zhuǎn)矩時曲線產(chǎn)生彎曲，主要是開關(guān)器件的電流較大，管壓降△ U增加快，使電動機電樞繞組上電壓下降，轉(zhuǎn)速進一步降低，從而使機械特性下彎。

2．工作特性

工作特性是指電樞電流、電動機效率與輸出轉(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機高效率段較寬，即輸出轉(zhuǎn)矩幾在較大范圍內(nèi)變化都可以達到高效率，這主要是因為主磁通受電樞反應(yīng)影響較小，故當(dāng)電動機負(fù)載增加時，電樞電流增加相對小，銅耗就小，所以最大效率點下降較慢。這個特點特別適合于變負(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。

    永磁無刷直流電動機調(diào)節(jié)特性曲線如圖8一12所示。由機械特性和調(diào)節(jié)特性可見無刷永磁直流電動機和有刷直流電動機一樣具有良好的控制性能，可以通過改變電壓實現(xiàn)壓無級調(diào)速，但不能改變磁通來實現(xiàn)調(diào)速。

8 . 4永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動

轉(zhuǎn)矩脈動是無刷電動機在低速運行時的一項十分重要的性能指標(biāo)，很多高性能的伺服系統(tǒng)中對電動機低速運行時，轉(zhuǎn)矩脈動都有嚴(yán)格的要求，所以必須了解轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因并加以抑制，這是無刷永磁直流電動機設(shè)計必須重視的問題。低速轉(zhuǎn)矩脈動按產(chǎn)生的原因可分為電磁原因、電子換向原因、機械加工工藝等原因。

8 . 4 . 1電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動

電磁因素所引起的轉(zhuǎn)矩脈動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，它主要與氣隙磁感應(yīng)強度分布和電流波形及繞組形式有關(guān)。分析表明，對矩形波電動機，當(dāng)極弧寬度增加時，電磁轉(zhuǎn)矩增加、轉(zhuǎn)矩脈動減小，當(dāng)極弧寬度達到二時，電動機出力最大、轉(zhuǎn)矩脈動為零。但實際電動機極弧的寬度不可能完全達到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，氣隙磁感應(yīng)強度分布波形，并使前極尖加強、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。同時，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，電動機應(yīng)選擇瓦片形永磁體徑向結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)增大氣隙，同時在電磁設(shè)計時，應(yīng)使電動機空載充分飽和。

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，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

無刷直流電動機每經(jīng)過一個磁狀態(tài)，定子繞組中電流就要進行一次換相，每一次換相電動機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)矩脈動的重要原因。

    分析表明換相轉(zhuǎn)矩脈動主要決定于繞組反電動勢，也就是電動機的轉(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機：當(dāng)轉(zhuǎn)矩很低或堵轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩脈動;當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時，轉(zhuǎn)矩脈動△ T二一50 % ;當(dāng)轉(zhuǎn)速滿足。時，。對于相電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動可以采用重疊換相法來抑制。