何谓“单元电机”？

jiashuai0101

Nephology 发表于 2016-12-7 07:31
恩恩，是的呢。我是稀土永磁电机研究所的！

很高大上的单位。全国搞永磁电机的大牛、老师，是不是一大部分都是唐院士的学生？

zengxiaodong

定理：最简电机要么是单元电机，要么是半个单元电机；对最简电机模型进行径向力波分析，其排除零阶之外的最低力波次数总是1。

推论：单元电机非零的最低径向力波次数总是1或者2。

欧阳庆

zengxiaodong 发表于 2010-3-4 08:35
所谓单元电机，就是极对数P与槽数Z的最大公约数为t=1的电机。

这种电机的槽电势星形图均匀分布在整个圆 ...

你这个答案是做简单的数学约分，“二”货的答案。单元电机肯定不是这样定义的。

欧阳庆

所以这个“二”货就做了简单的数学约分了，也就出现了所谓的奇数极电机了。“二X”老五，你不得不服吧。还能用有限元的周期来计算仿真。单元电机的极数必须是偶数，而且是三相对称。这是最基本的要求。不要老拿出那个有限元来哔哔。

张老五

欧阳庆 发表于 2020-7-13 12:32
所以这个“二”货就做了简单的数学约分了，也就出现了所谓的奇数极电机了。老五，你不得不服吧。还能用有限 ...

正常人是先学理论，再搞仿真
但总有人想着走捷径，以为学会了仿真，就连理论一块会了

因此就会发现有这样 的人，软件熟得一溜，但经常在一些常识处露出马脚，比如那个17极电机

欧阳庆

有限元的仿真计算，其实是为了节省计算机的资源，会采用槽数/极数，在数学上的最大公约数的倒数来仿真一个电机，这不是单元电机。比如，36槽，40极电机，会采用1/4圆周的实体进行仿真计算；56槽，60极，会采用1/6的圆周实体进行仿真计算；6槽，8极，会采用1/2圆周实体计算。这些都可能不是单元电机；单元电机牵涉到相数，而且必须牵涉到相数，必须是偶的极数，必须是三相对称。是一个“完整的电机”，由这个单元的“完整的电机”，构成整个电机。

欧阳庆

在和你们讲一个上周弄出来的乌龙事。上周需要试验一台110kw,22000rpm，4极的永磁电机，电源的频率应该是733.33Hz。在变频器上设置电机的极数是2极（设错了），给定的电源频率是366.666hz，当频率到了366.666Hz时就是满速22000rpm了，运行良好，可转速表显示11000rpm,以为是转速表不对或受到干扰。你们听明白什么意思了没有？在一个贴子说绕组的极数问题是，有人说了，随便色个什么极数的永磁转子给定子，都可以运作起来。在这儿明显就出问题了，我给的电源频率是366.666Hz，转速应该是22000rpm,实际转速是11000rpm，转子只是按给定的电源频率走，而没有按设置的2极的转子转速在运行。打某些人的脸不？那些所谓什么转子（永磁）都可以运行的说法，只是偷偷的利用了，构成绕组的磁场中含有大量高幅值其它极数的磁场谐波，而这个绕组又没法消除那些谐波磁场，自然换个其它极数的转子会转起来咯。但这些转子必须满足极数约束和其它的一些约束。9槽8极的电机，换成10极的转子后，不是真正的8极定子磁场和10极的转子磁场来进行能量转换，而是8极定子磁场内含有很高幅值的10极反转磁场存在，这个10极的反转磁场和10极的转子磁场对上眼了，就有了机电转换的基础。如果这个9槽8极的定子构成的绕组能够本身就消除或大大减弱了10极的反转的磁场，再换10极的转子，那是不可能再转起来的。

张老五

欧阳庆 发表于 2020-7-13 13:33
在和你们讲一个上周弄出来的乌龙事。上周需要试验一台110kw,22000rpm，4极的永磁电机，电源的频率应该是733 ...

这就是有实际经验的工程师，跟只会死读书的某类人之间的最大区别

有实践经验，自然知道书上写的某参数“4-8”到底该取多少，哪些情况确实会发生，哪些情况基本不可能
只会死读书的呢，实际上书也没读懂，更没读通，最擅长的，就是把书中某个角落里写的一条微小可能性的东西，拿出来当成金科玉律，还自以为要开宗立派了。。。。。

实在不行，来段仿真嘛，只要给定条件合适，啥结果不能仿出来呢，哪怕把太阳仿成方的也行啊——直接给定太阳的形状就是方的不就得了

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2020-7-13 11:20
定理：最简电机要么是单元电机，要么是半个单元电机；对最简电机模型进行径向力波分析，其排除零阶之外的最 ...

我认为，这个定理及其推论，不仅适用于永磁电机，应该也能推广到异步电机。异步电机的单元电机数，不仅与极数、定子槽数有关，还与转子槽数有关，这是特殊之处！

zengxiaodong

以异步电机36槽4极为例，试分析如下：

按照36槽4极得到的单元电机数t=2，也就是单元电机是18槽2极；这是不考虑转子槽数时的初步结果，也就是真要两个完全一样的单元电机重复，转子槽数必须是偶数，例如转子槽数34、32、30、28、26......，这时才是真正的18槽2极电机重复2次。也就是说这些转子偶数槽数时，该异步电机的最低径向力波次数为2；反之，当转子槽数是35、33、31、29、27、25......时，该电机并不能分解成完全一样的18槽2极单元电机，显然，此时该电机只能整体建模为全电机模型，也就是最低力波次数必然为1

zengxiaodong

这是拍照书上的结果，可见，转子奇数槽时，完全符合我的预测，而转子偶数槽时，有几个似乎不符合我的预测......

欧阳庆

所以说嘛，你就是个“二X”货嘛。你的奇数极电机样品什么时候做出来？大家都在论坛上伸长了脖子等着呢。

zengxiaodong

下面我要告诉大家，这几个似乎不符合我的预测的电机，其实还是完全跟我预测吻合的！

例如36槽4极，转子32槽，这个异步电机的单元电机是18槽2极，转子16槽。该单元电机定转子都是偶数，因此还可以进一步简化，也就是最简电机是9槽1极，转子8槽，这个最简电机的非零最低力波次数很显然是1，因此，该单元电机的非零最低力波次数是2，也就是完整电机的非零最低力波次数是4.


上述分析结论，适用于转子槽数24、28、32、36、40、44、48......

zengxiaodong

随便举几个例子：

54槽6极，转子槽数51，这个电机可以分解成3个单元电机，也就是18槽2极（转子17槽），因此该电机最低力波次数是3

54槽6极，转子槽数52，这个电机无法分解成3个单元电机，其本身就是单元电机，但是不是最简电机，其最简电机是27槽3极（转子26槽），因此该电机最低力波次数是2（有2个最简电机）


54槽6极，转子槽数48，这个电机可以分解成3个单元电机，18槽2极（转子16槽），但单元电机不是最简电机，可以进一步分解成最简电机是9槽1极（转子8槽），因此该电机最低力波次数是6（因为有6个最简电机）

54槽6极，转子槽数49，这个电机本身是单元电机，也是最简电机，因此非零最低力波次数是1

zengxiaodong

总之一句话，有多少个最简电机，那么非零的最低力波次数就是该最简电机的数目！

无论是永磁电机，还是异步电机上述结论均成立！

zengxiaodong

例如经典的48槽8极永磁电机，单元电机数是4，即12槽2极，而最简电机是6槽1极。因此最低力波次数是8，这对于噪声的影响可以忽略不计！

但是，6槽1极的永磁电机，有严重的0次力波。

为什么呢？因为6槽1极，那么这单个的磁极一会儿对准齿，一会儿对准槽，也就是气密磁密忽大忽小，其平方当然也是忽大忽小，这就是导致0次力波的幅值变化很大，因此，这个电机只要抑制住0次力波，噪声问题就迎刃而解了！

zengxiaodong

下面我们尝试讨论0次力波，这就是所谓的“呼吸模态”，也叫涨缩振型。

因为0乘以任何数还是0，所以0次力波不能通过增加“最简电机”的数目来削弱，这往往会成为电机的噪声源。

另外一个问题是，任何电机原则上都存在0次力波，只是波动幅度和频率的大小程度不同而已。

zengxiaodong

讲到这里，我们需要推出一个新名词，否则会引起混淆！

传统教科书上提到的“单元电机”有必要加以区分，尤其是对于异步电机更是很有必要。分成两种情况：一是“伪单元电机”（Pseudo Unit Motor），一是“真单元电机”(Truly Unit Motor)

什么是“伪单元电机”呢？就是不考虑转子结构，仅考虑定子槽数以及电机极数，得到的就是“伪单元电机”，主要用于分析绕组等。

考虑转子的具体结构（槽数）后，划分出来的单元电机就是“真单元电机”，主要用于电磁场建模、仿真，以及力波与噪声分析。



以上面几个帖子提到的电机来加以理解，54槽6极配51槽转子，真单元电机是18槽2极配17槽转子；54槽6极配49槽转子，则18槽2极只是伪单元电机、因为这个电机其本身才是真单元电机

zengxiaodong

6槽7极最简电机模型，额定负载场，磁力线动画

zengxiaodong

6槽7极最简电机模型，额定负载场，气隙径向和切向磁密时空动画



由于不是完整电机，因此还需延拓一倍，办法是平移并且取负值，首尾相接，这样才能构成空间完整的周期。