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      無刷電機的機械特性

      文章出處:x-teamrc.cn? ?人氣:? ?發表時間:2019-11-14 15:11

        無刷電機的機械特性
       
        無刷電機的機械特性是指在一定的條件下,電機的轉速n與轉矩T直接的T-n曲線的關系,這是一個函數關系,n=f(T)。
       
        轉速特性:
       
        n=60·E/N·Φ=60·(U-I·R)/N·Φ
       
        機械特性:
       
        n=n0·(1-T/Td)=n0-R·T/Kt·Ke=n0-Kt·T
       
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        無刷電機的機械特性曲線
       
        無刷電機有二個非常重要的常數,,分別是:
       
        轉矩常數Kt
       
        反電動勢常數Ke
       
        這些常數代表了無刷電機的內部基本特征和由這些基本特征所產生的無刷電機的機械特性,分析和研究無刷電機的這些常數對于電機設計人員在電機設計中的非常重要的。
       
        無刷電機的轉矩常數Kt
       
        Kt=T´/I=N·Φ/2·π
       
        從Kt=T´/I可知,電機在單位電流內所產生的轉矩,或者是給電機一定轉矩就決定了電機需要多少電流。電機的Kt越大,單位電流所產生的轉矩就越大。電機的Kt越大,電機產生一定轉矩所需要的電流就越小。這是電機的轉矩常數Kt與電機的機械特性之間的聯系所在。
       
        從Kt=N·Φ/2·π可知,如果要求某電機達到指定的轉矩常數,只要使N與Φ的乘積達到預定值就可以了。一旦電機定子的磁鋼確定了,則電機的磁通是一個定值,那么電機電樞通電有效繞組匝數W=N/2的多少就決定了電機的Kt,即電機的外部特性可以隨電機電樞通電有效繞組匝數N/2的多少而改變。反過來講,電機的電樞繞組確定了后,電機的機械特性可隨電機定子的磁鋼磁通的大小而改變。所以只要抓住電機的N,Φ,那么就抓住了電機設計的關鍵因素。而N與Φ是電機的“硬特征”,因此,電機的轉矩常數Kt是電機設計中的關鍵常數。
       
        不管是無刷電機或其他電機,公式T´=N·Φ·I/2·π都是適用的,公式中一方面是N與Φ交鏈,另一方面是N與I交鏈,從而使線圈導體N產生相應的轉矩T´,由線圈導體完成電機變成機械能的轉換。公式T´=N·Φ·I/2·π是電機設計的主要內容和研究課題。
       
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        T-I機械特性曲線
       
        從機械特性曲線可知,Kt=T´/I=ctanα=△T/△I=T/(I-I0)
       
        無刷電機的反電動勢常數Ke
       
        感應電動勢E=N·Φ·n/60·a,如果a=1,則感應電動勢常數:
       
        Ke=E/n=N·Φ/60
       
        感應電動勢常數Ke表示電機在單位轉速時能產生的感應電壓,在電動機中,稱為反電動勢常數??梢詮墓街锌闯觯悍措妱觿莩凳荖與Φ的乘積,如果要求某電機達到指定的反電動勢常數,只要N與Φ的乘積達到預定值就可以了。一個無聲電機定子的磁鋼材料是確定的,則Φ是定值,電機電樞工作繞組匝數W=N/2的多少就決定了Ke,電機的外部特性可以隨電機電樞工作繞組匝數W=N/2的多少而改變,反過來講,電機的電樞繞組確定之后,電機的機械特性可隨電機定子的磁鋼磁通大小而改變。
       
        當電機a確定以后,Ke僅與N與Φ這兩個變量有關,所有電機的性能主要與電機內部的N與Φ有關,電機的Ke是電機設計中的關鍵常數。
       
        Kt=N·Φ/2·π,Ke=N·Φ/60,所以Kt=9.5493Ke
       
        Kt與Ke在數值上僅相差一個系數,求出了Kt也就求出了Ke。
       
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        U-n機械特性曲線
       
        Ke=E/n=U/n´0=N·Φ/60
       
        n´0=60·U/N·Φ,理想空載轉速僅與電機電壓和磁鏈有關。
       
        U0是電機的始動電壓,Un是電機的額定電壓,E=Un-U0,
       
        Ke=U/n´0=△U/△n=E/n,
       
        n=E/Ke電機某點的轉速僅和電機Ke和電機反電動勢有關。
       
        這里的E是電機在該轉速時線圈產生的電動勢,稱之為反電動勢。U=E+I·R,電機的電阻越小,則E越接近電機輸入電壓U,當電機的電阻等于零時,則E=U。當電機的內阻等于零時,不管電機接受的轉矩大小,電機的轉速n恒等于電機的理想空載轉速n´0,它是平行于x軸的一條直線。電機的內阻越大,則該線越傾斜,即電機的轉速就越往下跌,其特性就越“軟”。因此n´0或電機的反電動勢常數Ke決定了電機轉速的上限。因為Kt=9.5493Ke,因此Kt等效地決定了電機轉速的上限。
        在電機測試的無刷機械特性曲線中,電機的反電動勢E是無法顯示的,無刷電機的機械特性T-n曲線不是一條理想的直線,各點的Ke=△U/△n并不是恒值,只有在Ke=U/n´0的情況下才與Ke=N·Φ/60有直接的關聯,此時,電機是在沒有損耗的情況下,電機的阻抗和感抗為零,這相當于電機的發電機無負載狀態:
       
        Ke=E/n=U/n´0=N·Φ/60
       
        這個公式的意義比較大,就是說電機在理想空載轉速n´0狀態時,電機的E與U相等,Φ是電機的空載磁通。一般的無刷電機的效率比較高,電機的理想空載轉速和實際空載轉速相差不大,可以用Ke=U/n0=N·Φ/60來表示電機的內部和外部特征之間的關系,非常單純,這樣不像Kt=T/(I-I0)還涉及電機的阻抗和感抗給電流帶來的影響。
       
        Φ是電機的理想空載時的工作磁通,即相當于電機的空載磁通,求取電機的機械特性,只要求出電機的空載磁通而不需要求出電機的負載時的工作磁通。就是說在求解電機的工作磁通不需要用磁鐵工作圖求取電機的額定工作磁通,只要求出電機的空載磁通,這樣給無刷電機實用設計帶來了極大的方便。
       
        電機的轉速計算
       
        電機任意點的轉速:
       
        n=n0·(1-T/Td)=n0-R·T/Kt·Ke
       
        這個公式對于求取電機轉速,很方便,關系很簡單。

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