电机磁饱和问题

zengxiaodong

下面是200%额定电流的情形，转矩波动明显变大，而且需要的最佳超前角度更大了。

wx_P1fV6k11

这个帖子断断续续的进行了5年

hnwsg

xiaomutongzhang 发表于 2014-12-15 22:51
哈哈——你这么一说——我觉得哈，你当什么坛主队长也没意义了，这个论坛也没有存在的意义了，我们大家 ...

有道理，社会进步是需要一部分能者做出牺牲，让后进可以探索更为崭新的领域，而不是重复论证已有的结论，希望智者可以奉献一些心得，好让我们后进之辈少走弯路，在此先行谢过

razr

xiaomutongzhang 发表于 2014-12-23 12:44
“前几天有个任务，出于保险起见，用实验室里50000MW的老永磁同步电机来测试，那知这台工作了好多年老 ...

句句在理，厉害，干得漂亮，我觉得论坛也该整治整治这股风气了，要不然这论坛存在又有什么意义呢

小菜鸟123

zengxiaodong 发表于 2016-8-22 19:30
我的观点，判断一个电机是不是饱和，或者说电机设计的余量是否恰到好处，可以这样来评价，就是根据需要的最 ...

感谢曾老师给我们提供一个方向，我看您仿真的都是以表贴式作为代表，我用我们以前电机试了，一种额定电流13A，一字内嵌式； 一种额定电流37A，v字内嵌式，分别从0电流开始到超额定电流50%（取其中几十个点）仿真，线性度也是ok的，可参考曾老师的四个五理论，我用的软件是motorCAD，但根据标准答案（李老师）的永磁电机转矩的组成公式，是否有冲突

jiashuai0101

zengxiaodong 发表于 2016-12-19 19:30
饱和跟转子结构也有关系，如果磁钢厚度太薄，也容易出现饱和的问题。

曾老师，您能解释一下磁钢太薄，定子齿部和轭部容易饱和这个现象吗？想学习一下。

zengxiaodong

jiashuai0101 发表于 2019-8-5 16:47
曾老师，您能解释一下磁钢太薄，定子齿部和轭部容易饱和这个现象吗？想学习一下。

磁钢太薄，就意味着等效气隙长度太短，也就意味着电枢反应很强烈，自然就会导致定子很容易饱和呀。

jiashuai0101

zengxiaodong 发表于 2017-9-10 11:32
没看懂你的问题。

最后提交给德国人的结果如下(原铁芯长度106毫米，原线圈跨距3，新方案线圈跨距为2): ...

曾老师，一般在实际设计中，什么样的电机会用到整数槽短距分布绕组，而什么样的电机又会用到分数槽集中绕组呢？就我之前的工作经历，设计并实际加工的电机，大部分是属于微电机，24V或者48V供电，电机本身外径尺寸也在50mm到80mm左右，这些电机用的都是分数槽集中绕组，目前接触的电机还有2KW，直径150mm左右得。用的也是分数槽集中绕组。但我还是想了解一下，什么样的电机会用到整数槽分布绕组呢。希望您抽时间能帮忙解答一下。谢谢

zengxiaodong

jiashuai0101 发表于 2019-8-5 17:07
曾老师，一般在实际设计中，什么样的电机会用到整数槽短距分布绕组，而什么样的电机又会用到分数槽集中绕 ...

异步电机用整数槽短距分布绕组。

永磁机除非是方波电机，用整数槽整距集中绕组，使得反电势尽量为梯形波。

正弦波永磁电机如果极数很少的高速电机，也可以用整数槽短距分布绕组。



多数的正弦波永磁电机，用分数槽绕组更合适。

jiashuai0101

zengxiaodong 发表于 2019-8-5 17:19
异步电机用整数槽短距分布绕组。

永磁机除非是方波电机，用整数槽整距集中绕组，使得反电势尽量为梯形 ...

曾老师，首先非常感谢您对我问题的耐心回答。不知道现在跟您学习一下会不会影响您正常工作。我目前也基本属于从头开始学电机设计，会用jmag软件计算电机，但是纯粹软件设计 的电机没有理论支撑肯定是不够的。所以又开始学永磁同步电机或者说无刷直流电机的理论知识，之前做的电机属于微电机，偏JUNGONG方向，所以不在乎功率效率之类的，现在要设计的电机，属于正常的追求功率、效率、转速等，而且要配合电压电流等输入参数。
举一个例子，我们之前有实体电机2KW，供电电压240V（直流），电机定子外径160mm，定子厚度49mm，18槽16极，转速600rpm，反电动势峰值112V左右，电流峰值14A。用材料是35H300和N42UH。目前我想参照2KW电机来设计一个1KW电机，也是供电电压240V，直流电源。所以就想设计1KW电机定子外径在120mm到140mm左右，定子厚度50mm。定子材料和磁钢材料也采用35H300和N42UH，采用18槽16极。通过之前的一些理论知识和jmag仿真能得出几版本设计结果。但是由于缺乏丰富的实际项目经验或者说设计经验。电机详细的指标没办法确定优化方向或者不知道该在哪个区间取，比如说反电势的大小，是否绕组并绕，这个尺寸的电机，槽满率取多少合适，定子槽尺寸的设计（尤其是定子齿部和轭部尺寸与磁通量的选择），等等，我自己知道这些可能是欠缺了太多，您也没办法帮我一次性解决。我自己也是想通过看书以及逛论坛的方式多学习一下，但是还是感觉有指导可能更能更快的解决一些问题。
说了这么多，还是先感谢曾老师您帮我解答的那两个问题。因为这13页帖子，我从头到尾看完了，感觉您解答的细心，耐心以及就事论事的程度，远高于一些大师。最后还是谢谢您。

zengxiaodong

你提到的这个属于类比设计的情形。首先一点，电机设计最重要的不是功率而是转矩，因为转矩才是决定电机体积、重量、成本的最重要参数，而转速在很大范围是可以灵活变动的，因此同样大小的电机其功率也就可以大范围变动！


假设你说的1千瓦电机转速维持600转每分不变，那就意味着其转矩是既有电机的50%，你又说保持铁心叠厚不变，那么按照电机设计的基本原理，电机外径可以按照160*0.707=113毫米来选择，其他尺寸按照0.707倍的比例来，也是大体上没什么问题的。

当然，如果从减少磁钢用量的角度来看的话，把外径取得大一些更好，你设想的140就会比113要好（叠厚随之减小），如果不减小铁心叠厚的话，电机的效率和转矩过载能力都会大幅度提高的，这就是多用料带来的好处。

如果从振动噪声的角度来看，18槽16极并不是一个好的组合，因为其单元电机9槽8极，且单元电机数t=2，如果用9槽10极的单元电机，变成18槽20极，我认为会比18槽16极更好，至少槽空间可以更多一些，也就是铜用量可以更多以提高效率。更进一步说，如果用12槽14极的单元电机，同样t=2的话，则是24槽28极，我认为这个组合更加好，因为振动噪声会低得多，而且因为槽数多了，集中绕组的端部会更短，意味着无效的铜重更少了。当然28极时频率提高到140赫兹了，由此导致铁芯损耗会有所增加，应予以适当注意。

wsx7021

zengxiaodong 发表于 2019-8-6 08:48
你提到的这个属于类比设计的情形。首先一点，电机设计最重要的不是功率而是转矩，因为转矩才是决定电机体积 ...

曾老师真大神也，分析的很棒。让我五体投地

jiashuai0101

zengxiaodong 发表于 2019-8-6 08:48
你提到的这个属于类比设计的情形。首先一点，电机设计最重要的不是功率而是转矩，因为转矩才是决定电机体积 ...

谢谢曾老师，今天就您的建议，我又继续优化了几个版本。首先是优化了槽极配合，改为了18槽20极，因为之前对成品2KW电机（18槽16极）做过修改为18槽20极的仿真分析，相同输入电流情况下，输出转矩确实增加了。对这个1KW电机改为18槽20极以后，输出转矩达到16N.m时，明显降低了定子齿部和轭部的磁通密度（1.6T降低到1.52T到1.55T左右）。
我把电机定子外径设计为120mm。
在这里还有几个问题想请教曾老师。若您能有时间能帮忙解答，学生非常感谢。
1、选择定子外径120，您说根据类比设计方法，选择电机直径应该是160*0.707，这个参数0.707，是不是根据谭建成老师的《永磁无刷直流电机技术》P226页的平均转矩公式得来的呢？
2、定子裂比的选择，有没有经验公式或者经验呢？我看了2KW的电机还有书上的一些解释，基本在0.6到0.8之间选择。我自己设计这个1KW电机是选择的0.7左右，然后上下浮动了0.02~0.05，在仿真计算过程中，由于调整齿宽（7mm到8mm）来调整齿部和轭部磁通密度（因为定子材料是35H300，这个冲片饱和点就在1.63T左右，担心在1KW的时候定子齿部和轭部磁密就饱和，所以不断调整齿宽、定子裂比以及昨天跟您学习的，增加极对数）。
3、定子齿部和轭部宽度尺寸和定子内径、槽数、极弧系数等有什么关联吗？或者说主要与什么参数相关 。
4、定子材料的选择，因为实际工程经验并不是很足，目前用的大部分是35W300还有刚接触的35H300，像1J22这么贵的材料，只用过一次。选材有什么经验可以推荐一下吗？
5、您在上一个回答中，提到外径增加，磁钢用量会减少，原理是不是增加外径后，磁钢的厚度减少了呢？还是有其他的因素。
6、增加 槽极配合至24槽28极，根据谭建成老师的《永磁无刷直流电机技术》，会降低齿槽转矩，是不是就是您说的振动情况优化呢？
7、《永磁无刷直流电机技术》这本书上，磁钢厚度和气隙厚度的关系，大概是4~8:1（钕铁硼），但是应该先确定气隙厚度还是先计算磁钢厚度呢？有没有相应的公式或者经验可遵循。
8、反电动势的范围怎么选呢，比如这个电机是直流供电电压240V，那反电动势大概在多少合适呢？再就是什么情况下才选择并绕和漆包线线径的选择。
9、计算磁钢极弧系数可以参照《永磁无刷直流电机技术》的P202的公式来算，计算结果和实际工程经验系数之间还需要增加系数吗？

曾老师，本人才疏学浅，以上问题全部问您属实过分，但我确实没法自己全部琢磨明白，如您能不吝赐教些许，我本人非常感谢。最后还是先感谢您之前的耐心解答。祝好！

bocai

jiashuai0101 发表于 2019-8-6 19:04
谢谢曾老师，今天就您的建议，我又继续优化了几个版本。首先是优化了槽极配合，改为了18槽20极，因为之前 ...

作为小白首先给你个赞  能够一下子抛出这么多有条理的问题 也说明你有一定功底  也希望曾老师来解答一下 给我这个小白学习一下。  关于第5个问题 我曾经做过对比 用同样一个定子 本来单边50丝的气隙 用燕尾槽宽度调整磁钢宽度 如果磁钢宽度减少百分之十 不管增加厚度 还是减少气隙百分之十  转速都是增加了百分之十几 所以转子外径越大 反电动势也会越大

zengxiaodong

1、选择定子外径120，您说根据类比设计方法，选择电机直径应该是160*0.707，这个参数0.707，是不是根据谭建成老师的《永磁无刷直流电机技术》P226页的平均转矩公式得来的呢？
不是的，我没看过那页的公式。是根据基本的电机设计原理DDL

2、定子裂比的选择，有没有经验公式或者经验呢？我看了2KW的电机还有书上的一些解释，基本在0.6到0.8之间选择。我自己设计这个1KW电机是选择的0.7左右，然后上下浮动了0.02~0.05，在仿真计算过程中，由于调整齿宽（7mm到8mm）来调整齿部和轭部磁通密度（因为定子材料是35H300，这个冲片饱和点就在1.63T左右，担心在1KW的时候定子齿部和轭部磁密就饱和，所以不断调整齿宽、定子裂比以及昨天跟您学习的，增加极对数）。
我没有什么经验系数，也不是从这个方向来思考，而是从最基本的原理来思考，每极磁通分成两半再走轭部，因此轭部厚度取为极距的一半是不会饱和的（由于极距的一半是槽空间，因此严格来说是极距的四分之一）！但是轭部还牵涉到定子的刚性和振动噪声等性能，因此通常轭部的磁密不会取那么高，尤其是高极数的电机，轭部厚度会远大于极距的1/4，总之是以磁密分布情况来决定。同样的，齿宽也是根据磁密分布来确定。


3、定子齿部和轭部宽度尺寸和定子内径、槽数、极弧系数等有什么关联吗？或者说主要与什么参数相关 。
当然有关系，见第二条。铁心是磁的通路，槽是电的通路，这两者的通路是互相交联的，都不能太拥挤了！

4、定子材料的选择，因为实际工程经验并不是很足，目前用的大部分是35W300还有刚接触的35H300，像1J22这么贵的材料，只用过一次。选材有什么经验可以推荐一下吗？
材料是厨师的原料，想做什么菜就要选择合适的原料，这个要慢慢体会，先学会做菜再说。


5、您在上一个回答中，提到外径增加，磁钢用量会减少，原理是不是增加外径后，磁钢的厚度减少了呢？还是有其他的因素。
磁钢厚度最好别减少。


6、增加 槽极配合至24槽28极，根据谭建成老师的《永磁无刷直流电机技术》，会降低齿槽转矩，是不是就是您说的振动情况优化呢？
不是的，与齿槽转矩无关。


7、《永磁无刷直流电机技术》这本书上，磁钢厚度和气隙厚度的关系，大概是4~8:1（钕铁硼），但是应该先确定气隙厚度还是先计算磁钢厚度呢？有没有相应的公式或者经验可遵循。
机械地套用公式或者经验不可取，不是正确的思考方式，要知其所以然才行。气隙太小要扫膛（不扫膛电机性能也不佳，电枢反应明显），气隙太大磁钢用量会增加（但是电机性能会很好）。


8、反电动势的范围怎么选呢，比如这个电机是直流供电电压240V，那反电动势大概在多少合适呢？再就是什么情况下才选择并绕和漆包线线径的选择。
反电势问题没有那么神秘，首先一点要记住反电势越高越好，因为电流可以最小化，变频器的负担会最小化。问题是反电势太高了会导致问题，限制的条件是什么呢？就是大负载大转速这两者组合起来会要求有一个最高电压（反电势、电阻压降、电抗压降相量和），而电网电压有一个允许的最低波动值，在这些最不利条件下，是否能够满足驱动要求？如果能够满足的话，就可以尽可能提高反电势，反之就要降低反电势。


9、计算磁钢极弧系数可以参照《永磁无刷直流电机技术》的P202的公式来算，计算结果和实际工程经验系数之间还需要增加系数吗？
我从来不考虑什么极弧系数

yuanyehit

zengxiaodong 发表于 2019-8-7 10:08
1、选择定子外径120，您说根据类比设计方法，选择电机直径应该是160*0.707，这个参数0.707，是不是根据谭建 ...

曾老师，您说的超前角技术对于表贴式电机只有磁饱和情况下才适用吧，这个方法的原理是什么呢？还有不同程度的饱和是否最优超前角都不同，如何去选取这个最优超前角呢？

zengxiaodong

yuanyehit 发表于 2019-10-15 09:19
曾老师，您说的超前角技术对于表贴式电机只有磁饱和情况下才适用吧，这个方法的原理是什么呢？还有不同程 ...

超前角控制的原理就是去磁电流会降低饱和程度，从而使得电机输出转矩增大！最佳超前角当然是随着负载不同而不同，负载越大超前角越大。

jiashuai0101

zengxiaodong 发表于 2014-12-21 10:46
给你一个6槽7极最简电机的实例，原电机在200%额定电流时转矩只有2600牛米（额定1900牛米），几经改进达 ...

曾老师，向您请教一个问题，外转子无刷直流电机，转子磁轭的厚度和磁钢的厚度以及磁钢的牌号有相关的计算公式吗？还有一个疑问就是，如果磁钢贴好以后，转子外侧还能检测到磁场，是不是就说明磁轭漏磁，会影响转子使用呢？

zengxiaodong

jiashuai0101 发表于 2019-10-15 13:29
曾老师，向您请教一个问题，外转子无刷直流电机，转子磁轭的厚度和磁钢的厚度以及磁钢的牌号有相关的计算 ...

磁钢厚度计算有公式的，可以参考各种书籍。转子轭部厚度一般无需计算，总是取得超过磁路需要较多，因为还有结构上强度和刚度的考虑。至于转子外侧漏磁，跟转子轭部厚度有关，如果漏磁明显，意味着轭部厚度不够，也即轭部磁密较高，可以适当加厚转子轭部......

zengxiaodong

jiashuai0101 发表于 2019-8-6 19:04
谢谢曾老师，今天就您的建议，我又继续优化了几个版本。首先是优化了槽极配合，改为了18槽20极，因为之前 ...

你这个极数增加，齿部、轭部磁密减少的实例能否拿出来跟大家分享一下？