电机磁饱和问题

张老五 · 发表于 2015-9-13 22:38

当然，更重要的是，极数增加后，如果其他条件不变，那么电机的实际功率是减小的，这过载能力么，就呵呵了吧

bldc菜鸟 · 发表于 2015-9-14 08:15

磁饱和是针对于气隙磁场的还是永磁体的？

张老五 · 发表于 2015-9-14 08:40

说到前提，先讲个笑话：
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说从前有个人，名字叫张三，工作还算努力，业绩也还过得去，平时老老实实，没啥大出息，也不惹事
突然有一天，某人，姑且叫他路人甲吧，发出了一个石破天惊的结论，张三是一个大坏蛋
证据在哪呢？路人甲说了，根据美国哈弗大学的研究，张三的基因中带有一个特殊的因子，使他有极小的可能性为变成非常狂暴的人，另外，使用了美国中央情报局的心理分析软件，得出张三内心深处有某种阴暗面，有某种特殊的爱好，云云
路人乙：这个能信吗？甲：美国高科技，你不信也得信
路人丙：只是极小的可能性，不能算数。甲：极小的可能性也是可能性，不能不信
路人丁：不可思议。甲：虽然听上去难以置信，但必须相信，这个是高科技分析出来的结果。
同事A：张三我是认识的，很温和的一个人，怎么会变成坏人呢？甲：这个你就不知道了，张三杀了人。
A：不对吧，早上张三还来上班的，怎么会杀人的？甲：这个是前提。
同事B：前提，你没说前提。甲：这个是你没问。
同事C：但他并没有杀但所以这个结论不成立。甲：根据我的前提，以及美国高科技分析的结果，张三就是个坏蛋，就是坏蛋，就是坏蛋，这个结论绝对正确。。。。。。。。。。。。。
同事DEFG路人若干集体吐血中。
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好了，这个只是个笑话，笑过就算，表对号入座。
但说到这个话题，前提还是不少滴，不说清楚，讨论了也木有用，且看下贴分解

张老五 · 发表于 2015-9-14 08:56

“极数增加后过载能力也增加”
关于这个“结论”，提出的人提到过的前提包括：
1、冲片尺寸不变
2、转子极数增加
3、定子绕组可以变也可以不变
4、然后有个中间过程，铁心磁密饱和程度降低
最后得出结论，电机过载能力增加
当然，中间我省略了若干高大上的公式和仿真图，虽然我承认这个我要么是忘了，要么是看不懂
可是，且慢！
这些前提够了吗？够了吗？够了吗？（重要的话要说三遍）
当然不够，远远不够！！！！！
因为还少几个关键性的前提，如果这些前提不同，结论可能完全相反！！！
我在此列几条，欢迎其他同学补充：
1、先说绕组的事情，假设原来是6极的，现在把转子改成8极，定子绕组不变，不变，不变。这个，这个，我不敢说这个电机一定能转，也不敢说它一定就不能转，我只能弱弱地说一声，如果这个电机能转，一定很有喜感。
2、根据已知的前提，定子内外径槽形及尺寸都不变，那么铁心长度变不变，变不变？这个里面的坑好大的，不知道是谁挖的
3、电机外部指标变不变，比如电压，比如频率，还有关键的转速？我假设电压频率不变，转速随着极数的变化而变化行吗？
4、再说下绕组，我比较保守，搞不懂那些高大上的谐波绕组，所以还是太平点，把绕组的跨距动一下，相应的极数也改一下，现在问题来了，这样改过后，绕组的匝数变化吗？如果变化，如何变化？
5、现在假设，只是假设，绕组匝数增加了，那么线径变化吗？
6、还是假设，绕组匝数增加了，线径不变，那槽满率变化吗？这个问题曾老师不必回答，我知道您的电机槽满率都是杠杠滴，不要说708090的，随便做做就过100了，小意思下，至于线能不能下进去，这个是下线工的问题，跟曾老师无关
7、最后一条，并联支路数变化吗？
暂时就想到这么多，欢迎补充，在补充完之间，建议不要做深入讨论，以免浪费感情

zengxiaodong · 发表于 2015-9-14 22:16

本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-9-14 22:20 编辑

标准答案发表于 2015-9-12 22:40
“既然轭部磁密降低了，则根据磁通守恒原理，齿部磁密必然也要降低，否则，岂不是漏磁增加了？”

这个 ...

老标说有点牵强，确实如此。

对于正弦波永磁电机而言，严格的证明上面已经给出。

对于方波永磁电机而言，分成两种情况，一种是极槽数接近的情形，也就是集中绕组分数槽电机，在谭建成教授的书中（本贴118楼下载）105页，按照120度和90度方波，计算了两个实例，都证明极数增加后齿部磁密大幅度降低。方波电机的另外一种情形就是槽数远远大于极数，很显然，进行简单的分析就可以得到结论，极数增加时，齿部磁密最恶劣的结果就是保持不变，否则只能是降低，总之，可以排除增加。

张老五 · 发表于 2015-9-15 09:47

zengxiaodong 发表于 2015-9-14 22:16
老标说有点牵强，确实如此。

对于正弦波永磁电机而言，严格的证明上面已经给出。

请曾老师正面回答我的问题，到底还有哪些前提？
没有前提的条件下，任何讨论都木有意义

zengxiaodong · 发表于 2015-9-20 09:06

本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-9-20 09:17 编辑

下面把我改进德国佬的实例拿来分析一下：

原来设计是72槽22极，这个设计我想了很长时间，实在想不出德国佬为什么会有这么奇怪的方案，唯一可以解释的是齿槽转矩方面的考虑！经有限元核算，确实齿槽转矩很小，但是齿部磁密偏低而轭部磁密又偏高，因为还需要大幅度降低成本，说白了就是减少用料，前已述及，冲片不允许改变，因此，我只能考虑增加电机极数，分析如下：

22极，q=12/11，单元电机数t=1，每槽电角度55度，有单边磁拉力，振动噪声指标很差，齿槽转矩较小

24极，q=1，单元电机数t=6，每槽电角度60度，振动噪声指标很好，但由于是整数槽，齿槽转矩或较大

26极，q=12/13，单元电机数t=1，每槽电角度65度，有单边磁拉力，振动噪声指标很差，齿槽转矩较小

28极，q=6/7，单元电机数t=2，每槽电角度70度，振动噪声指标尚可，齿槽转矩一般

30极，q=4/5，单元电机数t=3，每槽电角度75度，振动噪声指标很好，齿槽转矩一般

32极，q=3/4，单元电机数t=8，每槽电角度80度，振动噪声指标极好，齿槽转矩一般

34极，q=12/17，单元电机数t=1，每槽电角度85度，有单边磁拉力，振动噪声指标很差，齿槽转矩小

38极，q=12/19，单元电机数t=1，每槽电角度95度，有单边磁拉力，振动噪声指标很差，齿槽转矩小

40极，q=3/5，单元电机数t=4，每槽电角度100度，振动噪声指标极好，齿槽转矩一般

42极，q=4/7，单元电机数t=3，每槽电角度105度，振动噪声指标很好，齿槽转矩一般

............................................

除了考虑上面的问题以外，还需要考虑线圈的节距问题，显然不能选择短距系数太小的情形，综合分析以后决定选择32极！重新进行电磁场计算，显然大幅度降低了轭部磁密，另外，考虑到齿部磁密还有较大富余，因此可以增加气隙磁密的幅值，也就是进一步提高磁满率{:soso_e120:} ，或者选用更高牌号的钕铁硼（原来N35SH改为N40SH，气隙也从1.25毫米减小到1.0毫米），样机试制实测的结果证明，改进非常成功，大幅度（下降20%）减少了铁心重量、磁铁用量，铜线用量。

张老五 · 发表于 2015-9-20 14:51

zengxiaodong 发表于 2015-9-20 09:06
下面把我改进德国佬的实例拿来分析一下：

原来设计是72槽22极，这个设计我想了很长时间，实在想不出德国 ...

请曾老师正面回答，极数变化后，铁心长度如何变体，匝数如何变化，线径如何变化
一切没有前提的讨论都是瞎扯

张老五 · 发表于 2015-9-21 09:13

本帖最后由张老五于 2015-9-21 12:12 编辑

其实，我发现，在讨论这个问题时，大家都进入了一个误区
曾老师一个劲地说，极数增加后如何，又能降成本，又能提高过载能力，只是对于其他方面的性能避而不谈
我水平比较差，所以想出来的方法也比较简单
不就是要降低磁饱和度，提高过载能力么？
简单！！！
我把铁心缩短20%，于是铁心成本降了20%，那磁密不是更高？
更简单，我把匝数增加30%，磁密降了有木有？
那铜线的成本不是增加了？槽里是不是放不下了？
这个你们OUT了，曾老师从不担心槽满率的问题，至于能不能放下，那是下线工的事情，跟曾老师无关。
不过成本么，算了，看到成本的份上，就放槽满率一马，我再把导线截面积降40%，这么，铜材的成本也下降了
于是乎，是不是很完美？成本降了，磁密降了，过载能力也增加了，跟曾老师的高大上方案是一样一样一样的啊。
当然了，这样调整以后，电机功率是降了一丢丢，一丢丢，只是一丢丢而已啦，不必在意啦....................

limu · 发表于 2015-9-21 10:34

zengxiaodong 发表于 2015-9-20 09:06
下面把我改进德国佬的实例拿来分析一下：

原来设计是72槽22极，这个设计我想了很长时间，实在想不出德国 ...

请教曾老师，看您上面的结论中有对振动和噪声水平的判定，这样的结论在设计阶段如何得出？多谢

zengxiaodong · 发表于 2015-9-21 19:03

limu 发表于 2015-9-21 10:34
请教曾老师，看您上面的结论中有对振动和噪声水平的判定，这样的结论在设计阶段如何得出？多谢

有效问题！可以回答

很显然，单元电机数越多则径向力波次数越大，也就是振动噪声指标越好！在同样的单元电机数时，q的分母为奇数又要好于分母为偶数。上面的列表中，有几个单元电机，本来是没有单边磁拉力的，但是由于不可避免的偏心，会产生r=1的径向力波，也就是单边磁拉力，从而导致严重的振动噪声（噪声与频率也有很大关系）！

limu · 发表于 2015-9-22 09:27

zengxiaodong 发表于 2015-9-21 19:03
有效问题！可以回答

很显然，单元电机数越多则径向力波次数越大，也就是振动噪声指标越好！在同样的单 ...

多谢曾老师。
是不是单边磁拉力造成的振动与噪声与定转子的结构模态无关，只要有单边磁拉力就会造成振动和噪声？
另外这个”不可避免的偏心“怎么理解？

zengxiaodong · 发表于 2015-9-22 18:23

limu 发表于 2015-9-22 09:27
多谢曾老师。
是不是单边磁拉力造成的振动与噪声与定转子的结构模态无关，只要有单边磁拉力就会造成振 ...

跟模态当然有关，如果模态频率与激振频率相同，将会导致严重的共振现象。

即使模态频率不相同，由于单边磁拉力是不好的激振模式，会导致较大的振动，至于噪声则还要依赖于频率，在千赫兹数量级时噪声辐射能力也会很强从而导致严重的噪声。

zengxiaodong · 发表于 2015-9-26 10:09

我选择32极，而没有选择40极或者42极的原因有如下2个：

1、某些型号的变频器其允许的最大极数是40，为了适应市场上所有的变频器，42极目前不宜选用；

2、32极的电机其单元电机数是8，这样的话电机建模比较简便，节点数和单元数比较少而网格剖分可以密很多，计算精度大幅度提高！

说实话，72槽22极的原电机由于是单元电机，假设不采用半周期边界条件的话，则整个电机都要建模，其剖分的节点数达到20万个，计算规模实在太大了！

张老五 · 发表于 2015-9-26 13:20

zengxiaodong 发表于 2015-9-26 10:09
我选择32极，而没有选择40极或者42极的原因有如下2个：

1、某些型号的变频器其允许的最大极数是40，为了 ...

请教曾老师，极数改为32后，转速如何变化，功率如何变化？

zengxiaodong · 发表于 2015-9-26 18:39

电机设计中最核心的问题是转矩，因此我们前面的帖子也是围绕这个问题颇费笔墨！至于转速和功率嘛......

张老五 · 发表于 2015-9-26 20:01

zengxiaodong 发表于 2015-9-26 18:39
电机设计中最核心的问题是转矩，因此我们前面的帖子也是围绕这个问题颇费笔墨！至于转速和功率嘛......

那就先请曾老师说明一下，这台电机改了极数后，转矩发生了神马变化
至于转速和功率问题，可以慢慢讨论

张老五 · 发表于 2015-10-1 15:16

再次恳请曾老师说明，这台电机改极数后，转矩，转速功率的变化情况

zengxiaodong · 发表于 2015-10-9 23:07

shsjhs2013 发表于 2014-7-5 20:28
碰到问题的是直流无刷电机。
电机定子激励电流增加到一定程度后再增加，其相应的输出扭矩增加不显著或增加 ...

这里有一篇Jmag的资料，详细讲到了转矩饱和的现象。

无标题.png

JAC163SPM-IT-e.pdf (736.53 KB, 下载次数: 92)

张老五 · 发表于 2015-10-10 07:51

zengxiaodong 发表于 2015-10-9 23:07
这里有一篇Jmag的资料，详细讲到了转矩饱和的现象。

前提不明确的讨论是没有意义的，可以得出完全相反的结论
再次恳请曾老师明确说明，对于改极数问题的前提
第三次恳请曾老师详细说明，您那台电机改为32极后，转矩如何变化，转速如何变化，功率如何变化？

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