永磁同步电机力矩控制

2020-05-26 14:40:46 徽硕实业 255

 什么是齿槽力矩?在永磁电机中,即使没有电流通过定子,也会产生电磁转矩。我们称这个扭矩为齿槽转矩。

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 由于空气磁导率与铁芯磁导率存在差异,气隙内部空间磁场分布并不均匀,同时存在径向分量与切向分量。转子转动过程中,定子不通电的条件下也会生成转矩,也就是齿槽转矩。简单直观的感受:用手缓慢转动永磁电机输出轴,可以感受到明显的顿挫、一格一格的阻滞感。


 磁极与铁芯处于垂直位置(0°、180°)时磁阻最大,转矩等于0,称为不稳定平衡点;


 磁极正对铁芯位置(90°、270°)时磁阻最小,转矩等于0,称为稳定平衡点,无较大负载时转子可在此位置保持静止。


 两个平衡点之间,磁阻转矩呈现非线性特征,转矩峰值一般出现在定子齿附近位置。


 影响齿槽转矩大小的主要因素:


 1、永磁体磁场强度


 2、定子槽口宽度


 3、转子永磁体的安装位置与尺寸精度


 4、定子叠片受冲压、纹理方向、叠压方式、焊接等工艺影响


 很多应用场景对电机转矩波动指标管控严格,因此电机设计阶段需要对齿槽转矩进行抑制优化。


 如何降低电机齿槽转矩?


 斜槽/斜极是行业比较常用的方案,一般将定子铁芯或者转子永磁体错开半个齿距或者一个齿距。


 考虑到定子斜槽加工工艺复杂,转子分段斜极及其衍生方案在实际生产中应用更多。


 斜槽方案也存在短板:会削弱感应电动势基波幅值,造成输出功率与输出转矩下降,增大电机漏磁与杂散损耗,降低电机效率,同时提升加工工艺难度。