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楼主: y1949b

[讨论] 以8极9槽为例子,讨论一下永磁电机绕组极数的问题

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该用户从未签到

发表于 2010-1-3 10:57 | 显示全部楼层
“齿数与槽数相差一”不可能吧,你可能要说的是极数与槽数相差一,不知是否如此?

另外,空载时,就有单边磁拉力,好像我理解不了,愿闻其详!

如果机械没有偏心,几何完全均布,空载时应该不存在单边磁拉力。当然如果用有限元计算,可能会有不平衡的偏心拉力,但是如果真是这样的结果的话,就应适用于所有空间不对称的永磁电机,这就是更加广义的单边磁拉力了。
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发表于 2010-1-3 11:25 | 显示全部楼层
回复 173# 富士TT
是打错了,你说的对,是极数与槽数相差一。
力的产生是由于气隙磁密的各次谐波相互作用产生的,在这种极数和槽数相差一的电机当中,由于槽数对极数的调制作用,会有在空间上阶次相差1的气隙磁密产生,它们作用后就是单边磁拉力了。

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发表于 2010-1-3 13:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 y1949b 于 2010-1-3 13:45 编辑

为了便于大家讨论,下面将本帖前后提到的参考资料收集如下,希望对大家有用。

另外如有遗漏,请试用本论坛的搜索功能。


电机学(许实章)
https://bbs.simol.cn/viewthread.php?tid=702&from=recommend_f

交流电机的绕组理论(许实章)
https://bbs.simol.cn/viewthread.php?tid=703&from=recommend_f

新型电机绕组——理论与设计(许实章)
https://bbs.simol.cn/thread-29238-1-4.html

三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(全部1-8篇)-谭建成
https://bbs.simol.cn/viewthread.p ... =%CC%B7%BD%A8%B3%C9

《交流电机绕组理论 黄士鹏著 黑龙江科学技术出版社》
https://bbs.simol.cn/viewthread.p ... =%BB%C6%CA%BF%C5%F4

陈世元《电机绕组理论》
https://bbs.simol.cn/viewthread.p ... =%B3%C2%CA%C0%D4%AA

《电机设计》陈世坤
https://bbs.simol.cn/viewthread.p ... =%B3%C2%CA%C0%C0%A4

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发表于 2010-1-3 13:30 | 显示全部楼层
回复 170# 富士TT
谢谢您的知道,晚辈有些明白了!

谢谢您!!!
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该用户从未签到

发表于 2010-1-3 16:06 | 显示全部楼层
还有下面这几这本书也是很好的,不可不看!

上海交通大学程福秀《现代电机设计》
https://bbs.simol.cn/viewthread. ... 7%BB%FA%C9%E8%BC%C6

清华大学李隆年《电机设计》
https://bbs.simol.cn/viewthread. ... 7%BB%FA%C9%E8%BC%C6

黄国治《Y2系列三相异步电动机技术手册》
https://bbs.simol.cn/viewthread. ... C%CA%F5%CA%D6%B2%E1

《Y系列小型三相异步电动机技术手册》
https://bbs.simol.cn/viewthread. ... C%CA%F5%CA%D6%B2%E1
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[LV.7]常住居民III

发表于 2010-1-3 21:38 | 显示全部楼层
到目前为止,仍然需要探讨的问题:

1、第172楼Yheast提出的空载单边磁拉力,还要进行深入讨论,目前可以肯定如果不是单元电机则空载时肯定不存在单边磁拉力!这个问题用一个有限元例子(例如9槽8极)进行计算就可以得到结论;

2、电机绕组相间互感可以为零,这也是分数槽绕组特殊的问题之一,对于磁路设计有一定的影响,例如12槽10极电机;

3、对于9槽8极和10极电机来说,同样的绕组,假设p为4,则5对极磁势谐波为齿谐波,而假设p=5,则4对极磁势谐波为齿谐波,可见8极、10极磁势均是“齿谐波”,而且绕组系数相同,显然这里还有值得深入挖掘的内容。
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该用户从未签到

发表于 2010-1-4 09:56 | 显示全部楼层
总算搞到了一个15分,这下超过某些同志的得分纪录了!^^^^

其实异步电机的磁势平衡图还可以有助于深刻理解一个重要的基础问题,“为什么异步电机的转矩与电压的平方成正比?而同步电机、直流电机的转矩却与电压成正比。

很显然,异步电机的电压决定了气隙磁密,也就是励磁磁势的大小,假设各磁势的时间空间相位角不变,则电压变化时,定转子磁势成比例地变化,根据转矩计算公式,转矩与定转子磁势的乘积成正比,也就与电压的平方成正比了。
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发表于 2010-1-4 13:51 | 显示全部楼层
本帖最后由 y1949b 于 2010-1-5 15:24 编辑

下面按照Zengxiaodong的相量方法求各个磁势谐波的相位差。

相量法求相位差.JPG
上面的图形是磁势的求和后波形,下面是FFT结果,可见“频率”成份未变化,但是各个“频率”对应的幅值变化了。

95.6137094/67.7208776=1.411879361

76.7038142/54.1318173=1.416982064

29.3264236/20.8544598=1.406242304

所有数值几乎均很接近根号2的数值(1.414213562),如果不是90度相位差而是其他的相位差数值,显然上述幅值的比值会变化,都可以根据相量和的方法反求出相位差的数值!
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[LV.7]常住居民III

发表于 2010-1-4 21:48 | 显示全部楼层

什么是齿谐波?

对于这一问题,电机书籍中几乎都是语焉不详,甚至有些还是错误的!很多人有一个误解,认为齿谐波是因为一个一个的电机铁心齿造成的,为什么会有这个误解呢?最主要的根源我看就是齿谐波这个笼统的名字造成的!为了正本清源,我认为首先应该做的一件事就是区分命名为齿谐波槽谐波两个名字。

电势齿谐波,是相对于电机内的电势而言的。因为电机铁心齿槽部分的磁导率不同(尤其当采用开口槽时更加严重),此时气隙磁通密度的分布波形会受到影响,也就是齿下气隙较小磁导大,反之槽口气隙大磁导小,这样的话就会影响绕组里的感应电动势波形,造成波形中出现较强的高次谐波,这一谐波我命名为齿谐波,以与习惯称谓统一。这种谐波不能通过分布、短距的办法加以消除或者削弱。由此可见,这种齿谐波是因为齿槽部分的磁导不同造成的,如果采用半闭口槽、磁性槽楔、或者无铁心结构,则可以削弱甚至不会产生齿谐波,另外增加每极每相槽数q、斜槽、分数槽等均可以大幅度削弱电势齿谐波。

磁势齿谐波,是相对于电机绕组产生的磁势而言的。该谐波的产生实际上与齿没有任何关系,换句话说,即使是无铁心电机,其绕组照样要产生磁势齿谐波,因此,我在此将其命名为槽谐波,以免望文生义并与上述电势齿谐波区分开来。用于削弱电势齿谐波的办法多数也不适用于槽谐波,即槽谐波既不能通过短距、分布来削弱,甚至也不能通过分数槽的办法来进行削弱,当然闭口槽、磁性槽楔就更加无效了!

磁导齿谐波,是由于齿槽两部分的材料其导磁率不同而产生的,也就是磁导随空间位置变化的函数,该函数显然也是周期性的,不过一般来说与时间并无关,习惯上也可以称为谐波。

下面我们结合98极和910极的电机例子来进一步分析,从上面的一系列讨论中,我们已经确定无疑地知道两者具有完全相同的绕组,为什么会这样呢?只要看看槽电势星形图就知道了,原因就是一个短距(本例为160度),一个长距(本例为200度),而且两者的电角度之和正好等于360度,这就导致两者的槽电势星形图完全一样,当然绕组就可以共用完全一样的了!

槽数9保持不变,现在我们假设槽距(本例也等于线圈跨距)电角度增加为160360度,和200360度,则对应的电机极对数将增加到13对极,14对极,公式如下:



A.JPG 推而广之,(22对极、23对极),(31对极、32对极),(40对极、41对极)9k4对极、9k5对极)……这些极对数都可以配9槽的电机,而且所有这些电机均具有完全相同的槽电势星形图,也就有完全相同的绕组!

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发表于 2010-1-5 11:37 | 显示全部楼层
强烈建议对piandh同志加分,因为该同志在仿真论坛里推荐了这篇帖子!

另外,还得麻烦楼主把181楼的图片插入到180楼的帖子中,以免给人灌水之嫌。

关于Yheast同志提到的空载单边磁拉力,仔细想了一下,好象是存在的,初步来说:

1、非单元电机,因为周期重复性的存在,应该不存在空载单边磁拉力;

2、单元电机,如果槽数为偶数(极数肯定为偶数),则存在中心对称的情况,应该也不存在空载单边磁拉力;

3、上面Yheast提到的极槽数相差1的电机,肯定是不满足上述1、2条的条件,因此存在空载单边磁拉力;

4、磁导调制以后的谐波之间相互作用产生单边磁拉力的说法似乎不对,有互为因果循环论证之嫌。
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发表于 2010-1-5 15:47 | 显示全部楼层
为了搞清楚Yheast所说的空载单边磁拉力,我用Ansys计算了一下9槽8极永磁电机的一个例子,电机132机座号,定子内径150毫米,磁铁厚度6毫米,轴孔径75毫米,气隙1毫米,齿宽25毫米,轭高12毫米,槽口宽4毫米,槽口高3毫米。计算结果如下: 面积.jpg
单元.jpg
磁力线.jpg
径向磁密.jpg
气隙磁密波及其FFT结果.JPG


不平衡磁拉力结果为:

              SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units of Force:        (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y   
    ROTOR     -0.69317E+01  -0.52345E+03
_________________________________________                              
           SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units of Force:  (N/m)   
Component        Force-X       Force-Y      
    ROTOR     -0.58721E+02  -0.39729E+03
________________________________________  



齿槽转矩结果为:

SUMMARY OF TORQUE BY VIRTUAL WORK
Load Step Number:       1.
Substep Number:         1.
Time:             0.1000E+01
Units for Torque:    (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR      0.37313E+00
__________________________________                                      
          SUMMARY OF TORQUE BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units for Torque:  (N*m/m)
Component        Torque   
    ROTOR     -0.77975E+00
__________________________________                                      
Note: Torque is calculated about the Global Cartesian +Z axis.         
___________________________________________________________________

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发表于 2010-1-5 15:57 | 显示全部楼层
根据上述计算结果,可以得到结论:

1、齿槽转矩很小,仅为1牛米(每米长度的轴向长度),这是分数槽的最大优点之一;

2、不平衡磁拉力在垂直方向最大(因为左右对称),为523.45牛(每米轴向长度),可见也是非常小的,考虑到左右方向不平衡计算结果也有58.721牛/米(实际应为零),该数值还应减小,总之空载情况下不平衡磁拉力几乎可以忽略不计;

3、前面Yheast认为的空载不平衡磁拉力占主要成份的说法,似乎不一定是定论。


下面提供建模用的SAT文件(可直接导入Ansys),以及气隙磁密路径数据。


气隙磁密.txt (108.98 KB, 下载次数: 58)
9810.sat (49.7 KB, 下载次数: 52)
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[LV.7]常住居民III

发表于 2010-1-5 20:42 | 显示全部楼层

什么是齿谐波?(2)

对于更普遍的情况,不失一般性,假设pZ2,则参见下面的公式可以证明:任何电机,只要存在槽数为Z,极对数为p的情况,一定存在槽数为Z,极对数为Zp的情况,而且两者一定会有完全相同的槽电势星形图,也就可以共用完全相同的绕组!



B.JPG


在槽数Z不变的条件下,以上述槽电势星形相量图不变为核心原则,也就是单槽跨距的电角度在原来的数值上再继续增加k个整圆(即增加k×360k012345……),则就会出现无穷多对的组合(长距、短距构成一对组合),每对组合的槽电势星形图均会与原来的完全相同,此时不管采用什么节距,只要该节距固定下来不变,则各电机具有完全相同的绕组!单槽电角度增加一个整圆,极对数将怎样变化呢?根据上面的特例计算很容易证明,极对数增加Z,参见如下公式:


C.JPG



因此:

pZp

Zp2Zp

2Zp3Zp

3Zp4Zp

kZpk1Zp

……

这些极对数的电机均会具有完全相同的槽电势星形图,也就能共用完全相同的绕组!通过上面的分析,不用再证明就可以很容易想到,对于确定的槽数Z,确定的星形相量图,对应了无穷的极数,所有的这些极数可以说是天赋人权”“生而平等首先对于线圈感应电势而言,它们不仅具有完全一样的短距系数、分布系数,而且任何的线圈接法,包括正弦绕组、不等元件绕组、任意改变相数、30度相带,甚至15度相带等等,均无法对他们区别对待,加以褒贬或扬抑!

对于这个Z槽的电机绕组来说,如果我们对它作磁势的谐波分析,则一定会存在上述孪生在一起的所有极对数的谐波(当然还有其他谐波),而且,这些孪生谐波两两互相呼应配对(不一定相邻),各自一定是处于幅值为相对极大值的状态,这个特点在我提供的98极磁势频谱图中非常明显。同样地,根据电势和磁势的相似性,对于磁势而言,这些槽谐波磁势不仅具有完全一样的短距系数、分布系数,而且任何的线圈接法,包括正弦绕组、不等元件绕组、任意改变相数、30度相带,甚至15度相带等等,也均无法对他们区别对待,加以褒贬或扬抑!

上述这些孪生在一起一荣俱荣,一损俱损的所有磁势波,就是我在本文开头定义的关于电机线圈磁势的槽谐波!因为它们正是假设线圈电流均集中在一个个槽的中心而产生的,并且,这些槽谐波即使是电机铁心换成非导磁材料也仍然存在。如果我们任意选定孪生兄弟中的一个极对数作为工作主波,则与之孪生的其余所有极对数的槽谐波也就是以前各种各样电机书籍中介绍的磁势齿谐波!这当中的差异就象有人说胡锦涛是常委,估计没人会认为说错了;而另外一个人说胡锦涛为主席,其他人为常委,对此同样没有人会认为表述有误。

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发表于 2010-1-5 21:36 | 显示全部楼层
学习了  3Q
一直对齿谐波模棱两可的

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发表于 2010-1-6 14:48 | 显示全部楼层
前几天有点空把帖子看了一下,然后用Maxwell做分析,有些想法,有图和字,太多了,我就发链接好了:
[讨论]从9槽8极10极电机看集中式绕组电机连载(1):http://blog.sina.com.cn/s/blog_61e2cf840100hemx.html
[讨论]从9槽8极10极电机看集中式绕组电机连载(2):http://blog.sina.com.cn/s/blog_61e2cf840100hen0.html
[讨论]从9槽8极10极电机看集中式绕组电机连载(3):http://blog.sina.com.cn/s/blog_61e2cf840100hen5.html

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发表于 2010-1-6 15:47 | 显示全部楼层
楼上先生你的博客我看了,是今天才登出来的(1月6号),可是你的注册时间是1月7日?西莫的时间系统有错!

首先一点181楼Zengxiaodong的帖子以及185楼Zengxiaodong的帖子均比你发表在先,分别是前天和昨天,这里面就是从数学上证明了你没看到的问题!所以你简单证明一下就没有必要了。

第二点,就是你的仿真肯定是错误的,至于错在哪里,我想很快会有人给你指出来,而且结果会错得很难看的!

第三点,没必要开一个博客来专门讨论这个问题,西莫论坛关于这个话题已经够详细够经典的了,而且是第三方的平台,任何意见观点和结果均具有严肃的客观性,不容人随便更改。错了就是错了对了就是对了,都会留下历史的记录。反之,博客做不到这一点,今天的结果,可能就与昨天不同,你可以随便修改,那么公正性如何保证呢?

第四,为了杜绝这个问题,我以最快的速度赶紧把你的博客记录下来,发在这里,以便大家对比。因此希望你不要再对博客内容单方面修改。同时,希望赶紧把你更进一步的高见发上来,我会及时记录下来的。


博客1.pdf (402.81 KB, 下载次数: 67)
博客2.pdf (678.59 KB, 下载次数: 29)
博客3.pdf (658.93 KB, 下载次数: 34)
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发表于 2010-1-6 17:52 | 显示全部楼层
天啊,你以为我是什么人,以为我剽窃了大家的成果吗?你也看到了,我的文章虽然你认为是错的,但是我也是尽量想表达清楚我的意思花了时间的。你觉得我用业余时间写这个,然后同时还有时间剽窃?反过来说,我要是剽窃也应该做的漂亮一点吧,抄作业的人还能抄的比原作者分数高呢,也不至于现在被你说成简单的证明一下

我简单的证明一下怎么了,前面不是就9槽8极和10极的绕组是不是相同的讨论半天来着吗,你干嘛这么激动
同样的问题简单地能解释清楚难道不好么?

我既然贴出来了,就不怕大家笑话和拍砖的,我以前也说错话过,什么时候修改过?
为这点事至于的么,哎
与其花半天把我写的东西做成pdf在这存档,倒不如说说我哪里错了,拍死我没问题的,我也得死个明白吧,同学
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发表于 2010-1-6 17:55 | 显示全部楼层
刚看到你还怀疑我的注册时间有问题,simol出错了,那你看好了吧,我的注册时间是2008年
估计我真把你给气着了。。
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发表于 2010-1-6 20:04 | 显示全部楼层
你的注册时间是2008年,确实我看错了,我认错,错了为什么不承认呢?错了就什么时候都要修改!这就是你我的不同。

“简单证明一下”是你的原话,怎么是我说成的呢?

要说你错在什么地方,我估计说了你会不高兴,在此先请你多多包涵,如有冒犯的话请你原谅。电机的运行不是靠仿真出来的,如果实际能很好地运行,而仿真的结果却完全无法运行,那仿真的结果能够相信吗?

别的不说,9槽电机同样的线圈不加任何改动,更换永磁转子为8极或者10极,首先假设直接接电网(暂时不考虑启动问题),则两台电机均会运转的很好,维二的区别是:转向不同,转速不同!

好,不直接接电网运行而用驱动器(变频器)驱动,先假设是无刷直流方波驱动,则霍尔位置传感器8极和10极时肯定就不一样,这点南牛在前面的帖子里已经指出来了,不过我担心这可能是你犯错误的地方。除了换向开关要与极数配套外,可能驱动器的参数也要作相应的设置,至少驱动器里面应该设置成正确的极数,也就是设置成转子实际的极数。多数驱动器还会校验额定频率,额定转速与极数的关系,否则会出错不能运行。当然,还有一个问题就是相序的问题,接线如果错误当然也是无法运行的,上述这些条件如果均满足,则8极电机和10极电机均会令你很满意地运行!当然如果你说,只能用相同的霍尔位置传感器,或者驱动器参数设置也不能作任何更动,则我们讨论就失去了基础。我只能同意你电机无法运行。

另外一个是驱动器的正弦波运行方式,位置传感器可以使用旋转变压器、带U、V、W相的光电编码器、或者正余弦编码器(例如海德汉ERN1387)、或者带A、B、Z的光电编码器。上述4种传感器除了带U、V、W相的光电编码器有极数外(应与电机极数相同),其余3种一般来说适用于任何的电机极数!假如我们使用旋转变压器,则只须在驱动器里设置好相应的参数(频率、极数、转速等),做一下初始定位(可能相序要反一反),成功以后,则8极转子电机也好,10极转子电机也好,均会令你满意地运行。这个运行原理我估计你不太清楚,因为这牵涉到矢量控制和传感器等多方面的知识,仿真软件在这一块是完全不会牵涉到的!如果你认为转子换了,却不允许更换带U、V、W的光电编码器,或者不能对驱动器的参数设置做任何调整,同样的,我们就失去了讨论的基础,我也只能同意你电机无法运行的观点!
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发表于 2010-1-6 20:41 | 显示全部楼层
“...就有了位置传感器,用这个信号调整PWM,你不明白这些没关系...”

你这个语气和说法实在是不把西莫当成专业论坛了!

“...我看了讨论,好像没有人从数学上证明这一点(如果有人做了我却没看到,请大家指出)。我来简单证明一下:...”

我就是根据你的这句话指出你的疏忽,“简单证明”是你的原话!

“...这也是设计分数槽绕组减小转矩脉动的主要依据(不明白这个的麻烦查一下资料)。...”
“...这也是设计分数槽绕组减小转矩脉动的主要依据(不明白这个的麻烦查一下资料)。8极的平均值比10极的平均值略大。...”
“...(不用怀疑,我已经验算过了,但是这里没有贴出来整个电周期的结果)...”
“...(不用怀疑,我已经验算过了,但是这里没有贴出来整个电周期的结果)...”

你看看你君临天下的气概,是不是引无数英雄竞折腰呢?

另外,你既然广告电磁场项目培训,而且同样的帖子(博客链结)也发到了仿真论坛,那肯定是有所考虑的,说白了就是显示一下雄厚的实力。唯一的疏忽就是结论的精密性和严谨性考虑欠佳,万一错了岂不是作了一个反广告呢?
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