主要尺寸与电磁负荷基本关系式常见于电机学教科书和电机设计程序,应用于不同电机时,仅系数有区别[7]。式(11-1)是在无刷直流电动机中的具体应用。此主要尺寸基本关系式基本上和有刷直流电动机的相似。它并没有顾及到绕组电感的影响。
当考虑绕组电感时,对上述无刷直流电动机主要尺寸基本关系式(11-1)需要作相应的修正。式(11-1)推导过程涉及了电机的转矩系数,忽略电感的影响,取KT=KE。
由4.4.5节分析可知,由于绕组电感的存在,KT=KE不成立,电机的转矩系数KT大于反电动势系数KE,应当修改为
因此,式(11-1)可修改为
式中,引入的系数比KT/KE≥1,与电机的绕组时间常数和转速有关,是x和Ku的函数,参见4.4.5节图4-16。
值得注意的是,由式(11-2)可知,由于绕组电感的存在,对于相同设计目标Tav,在相同的电磁负荷ABm情况下,电机利用系数增大了,电机的D2aL减小了。
下面利用11.7节的电机样机实测数据对上述修正公式进行验证。
样机实际主要尺寸数据:内径Da=5.0cm,长L=1.1cm。
实测数据:电压为310V,在2100r/min时,电流I=0.111A,输出转矩T2=0.1275N·m。
为了计算电磁转矩,利用实测空载数据:310V,2539r/min,I=0.023A,输出转矩T2=0.0053N·m,计算得输入功率P1=7.13W,输出功率P2=1.4W,其中铜损耗PCu=(0.0232×203Ω)W=0.11W。203Ω是两相串联电阻。
计算空载机械损耗和铁损耗P0=P1-P2-PCu=5.62W
折合的转矩
折算到2100r/min时的转矩mN·m=17.5mN·m(www.daowen.com)
计算的电磁转矩Tav=(0.1275+0.0175)N·m=0.145N·m
计算的转矩系数KT=0.145/0.111=1.306
由11.7节,KE=1.12,Bm=0.393T,得KT/KE=1.16
计算
利用式(11-2)计算
计算得 L=(26.6/52)cm=1.06cm
样机实际尺寸:L=1.1cm
计算表明:利用考虑电感的公式计算上述主要尺寸结果与实际相当接近,偏差为-3.6%。
如果不考虑电感,利用式(11-1)计算主要尺寸
D2L=26.6×1.16cm3=30.9cm3
计算得 L=(30.9/52)cm=1.24cm
它与实际尺寸相差较大,偏差为+12.7%。
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