电机磁饱和问题

zcbit

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 ...

曾老师，我想问一下，具体噪声指标是怎么得来的呢，有什么参考资料也可以啊，谢谢啦

bocai

zengxiaodong 发表于 2017-9-4 19:06
再举一个实例说明增加极数的效果。

有一台表面式永磁电机，原设计是36槽30极，定子冲片不变，我把它改为 ...

请教一下曾老师 永磁电机 匝数减少了 转速不是要升了吗 还有极对数增加漏磁会不会相对的增加了？  就是磁通也相对的减少？

zgbzzl

没事看贴，曾老师回贴解答问题严谨。张老五想要的答案一直没回，其实是曾老师不好意思回答，这是一个基本知识，异步电机和直流无刷在设计时有很多是不同的，张老五你好象在常州博士做过吧，永磁直流电机应该玩过，永磁直流电机反结构，电子换向就是直流无刷，永磁直流电机极数增多主要是出于电流的考虑而不是转速，相当于多支路，转速只和匝数有关。

zengxiaodong

举一个更明显的例子，极数相差一倍，饱和的影响达到了最大的程度！

zengxiaodong

有些同志可能要说，8极电机的齿宽应该增加，这样就不会饱和了，这当然是对的，但是齿宽增加了岂不是槽面积减少了？那就会导致铜的空间减少。

我们讨论的前提是定子冲片不变，可是基本的结论却并非要限定冲片不变。

根据计算结果，16极电机主要是齿尖饱和，8极电机主要是齿部饱和，无论哪里饱和都会导致电机出力受限。而且，16极电机用烧结钕铁硼，气隙磁密可以达到0.9特斯拉以上，而8极电机只能用粘结钕铁硼，气隙磁密只能限制在不超过0.5特斯拉。

总之，在同样的电密同样的铁长下，8极电机的极限转矩仅能达到16极电机的60%左右。

zengxiaodong

轭部的问题还没有仔细考虑呢，当然一般轭部不太设计成很紧张，因此8极电机虽然轭部磁密更高，但是一般还不至于成为决定性的问题。


另外，8极电机的磁铁厚度也显著增加了，否则也不能有效对抗饱和的产生！

zengxiaodong

在极限状态下，半块磁钢增磁，半块磁钢退磁非常明显。



但是磁钢最危险的退磁位置是极间处于槽口附近时。

zengxiaodong

对抗电机的磁饱和问题，真是一个不断进步的技术诀窍。如果设计得好，电机的转矩输出能力会得到大幅度的提高，矛盾的主要方面会转化到发热和退磁问题上，此时强制散热就会成为至关重要的技术。

zengxiaodong

饱和问题，还可以从材料上进行提升，当然，前提是成本可以接受。硅钢片在磁密达到2.0特斯拉时就会比较饱和了，如果选用特殊的材料，饱和点可以达到2.4特斯拉以上，这个材料就是铁钴钒合金Hiperco 50A 0.006，价格可是天价哦。

zengxiaodong

8极磁铁形状进行了特殊设计，目的就是对抗饱和。其总的核心原则是尽量增加等效气隙的长度！

zengxiaodong

在上面226楼的例子中，我们说到在定子冲片不变的前提下，16极电机可以用烧结钕铁硼材料，而8极的电机磁钢只能用粘结钕铁硼材料，以免齿部饱和。如果思维发散一下，8极也用一块厚厚的烧结钕铁硼，结果会是怎么样呢？





在空载时，齿部磁密就超过了2特斯拉，转子轭部磁密更是超过2.15特斯拉，定子轭部磁密超过1.82特斯拉，定子齿尖磁密也超过2特斯拉，显然这是超级饱和状态了！

zengxiaodong

8极超级饱和状态下的负载性能怎么样呢？列表如下：



8极正常状态：齿槽转矩3.3N.m；     89.25N.m（线负荷20.00）；     160.0N.m（线负荷40.00）

8极超级饱和：齿槽转矩2.4N.m；     117.5N.m（线负荷34.36）；     212.5N.m（线负荷68.72）


也就是说，超级饱和时齿槽转矩反而减小了，而且电机允许更大的线负荷。


补充内容 (2019-4-12 13:34):
8极超级饱和结构时，如果线负荷同样限制在20，则转矩为107.5N.m，这个数值比89.25N.m也大了1.2倍以上。

补充内容 (2019-4-12 13:44):
线负荷故意没有提到单位，是由于不想仔细换算，对比和比较时确保单位始终不变即可。

张老五

zgbzzl 发表于 2018-8-22 14:37
没事看贴，曾老师回贴解答问题严谨。张老五想要的答案一直没回，其实是曾老师不好意思回答，这是一个基本知 ...

常州常去，没在那边上过班
你肯定是搞错人了

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2019-4-11 08:43
8极超级饱和状态下的负载性能怎么样呢？列表如下：

对不起，233楼的数据搞错了，改正如下（红色部分）：





8极超级饱和状态下的负载性能怎么样呢？列表如下：


8极正常状态：齿槽转矩3.3N.m；     89.25N.m（线负荷20.00）；     160.0N.m（线负荷40.00）

8极超级饱和：齿槽转矩9.3N.m；     177.5N.m（线负荷34.36）；     319.5N.m（线负荷68.72）


也就是说，超级饱和时齿槽转矩变大了，但是电机允许更大的线负荷才引起转矩饱和。

zengxiaodong

这个帖子是一个饱和问题的实例：

https://bbs.simol.cn/thread-189924-1-1.html

然后呢？

一条路，两个人可以并排走，十个人不可以。

zengxiaodong

饱和问题还是值得深入探讨，这里又发现一个帖子
https://bbs.simol.cn/thread-181494-1-1.html

端木0118

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  7极电机有相关测试报告吗    我想看看

zengxiaodong

前面楼层58楼有讲到超前角控制技术（以交轴为基准）对抗磁饱和的原理，下面补充一个实例。计算不同转子位置、不同电流幅值、不同相位超前角下的电机转矩。

zengxiaodong

上贴4个图是旋转到不同的观察视角，得出结论如下：

1、转子位置旋转2个完整的转矩脉动周期，也就是120度电角度；

2、保持电流幅值（为额定值）不变，相位超前角共10种（-15，-10，-5，0，5，10，15，20，25，30）电角度；

3、在额定电流下，滞后15度电角度时，转矩不仅变小，而且脉动程度加大；

4、在额定电流下，超前30度电角度时，转矩也变小，但是转矩脉动无明显增加；

5、最佳的电流相位是超前10~15度时，此时转矩达到最大值，而且转矩的脉动情况也是最好的；

6、在不同的电流相位超前角度下，转矩的相位也是变化的，也就是转矩峰值的位置并不是对应相同的转子空间位置。