理论教育 计及绕组电感的三相无刷直流电动机数学模型和特性分析

计及绕组电感的三相无刷直流电动机数学模型和特性分析

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:无刷直流电动机绕组参数包含电阻和电感。这是因为求取同时计及电阻和电感的无刷直流电动机数学模型解析解比较困难,还没有一个可用于工程计算的简洁表达式的缘故。本节对梯形波反电动势平顶为120°的三相无刷直流电动机换相过程进行分析,给出了在一个换相周期内三相电流瞬时值的解析解,得到平均电流和平均电磁转矩的解析表达式。

计及绕组电感的三相无刷直流电动机数学模型和特性分析

无刷直流电动机绕组参数包含电阻电感。电感是对电机性能有重大影响的参数,但至今已公开出版的无刷直流电动机中外书籍有关其运行特性公式和设计计算都只考虑绕组电阻,而没有体现绕组电感的影响[2-11],即使近年出版的新作也是如此。这就势必导致电机性能的计算值与实际值之间有较大的偏差。从本节下面的例子可见,偏差十分明显。尽管人们早就认识到绕组电感对无刷直流电动机性能有重要的影响,定性分析绕组电感的存在使无刷直流电动机机械特性变软,转矩系数与反电动势系数不相等,并不断探索考虑绕组电感的无刷直流电动机特性定量计算方法[12-19]。而在分析换相过程对转矩波动影响的文献中,却忽略了电阻只考虑电感的作用,参见第8章。这是因为求取同时计及电阻和电感的无刷直流电动机数学模型解析解比较困难,还没有一个可用于工程计算的简洁表达式的缘故。

无刷直流电动机换相过程各电流变化以及其工作特性可以采用其数学模型借助仿真工具获得数值解,但人们还是期望从其数学模型得到解析解。这是因为解析解能够揭示电机内在参数与外特性之间的函数关系,获得规律性的认识,从而为电机设计和性能预测提供简洁的计算方法,为电机性能的改善指出明确的方向。不少文献在分析换相过程中假定反电动势梯形波形的平顶部分大于120°电角度,这个假定条件对于时间常数大、换相过程比较长的电机,实际上就是要求平顶部分达到180°,这与实际的电机情况相差甚远[14-16]。(www.daowen.com)

本节对梯形波反电动势平顶为120°的三相无刷直流电动机换相过程进行分析,给出了在一个换相周期内三相电流瞬时值的解析解,得到平均电流和平均电磁转矩的解析表达式。在此基础上,进一步分析得到考虑绕组电磁时间常数的电流-转速特性和转矩-转速特性表达式,引入了平均电流比和平均电磁转矩比系数,它们是参数xKu的函数。介绍了利用函数关系图求取无刷直流电机电流特性和转矩特性的图解法,然后,以转子磁片表面粘贴和磁片切向内置两个典型结构不同功率等级样机的实测数据与公式计算结果对比验证,也对比了计及电感和忽略电感计算结果的差异,说明本节的分析和给出的解析计算公式可用于无刷直流电动机的工程计算和分析研究。再以实例说明绕组电阻和电感值变化对电机特性的影响。给出了转矩系数与反电动势系数比的计算公式。

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