齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)
出處：將軍令 發(fā)布于：2008-10-25 16:45:32
齒槽轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子的永磁體磁場(chǎng)同定子鐵心的齒槽相互作用，在圓周方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。此轉(zhuǎn)矩與定子的電流無關(guān)，它總是試圖將轉(zhuǎn)子定位在某些位置。在變速驅(qū)動(dòng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲將被放大。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在同樣影響了電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能，和位置控制系統(tǒng)中的高定位。解決齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題的方法主要集中在電機(jī)本體的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。
?。?）斜槽法 定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極是抑制齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有效且應(yīng)用廣泛的方法之一，該方法主要用于定子槽數(shù)較多且軸向較長的電機(jī)。實(shí)踐表明，采用斜槽角度為10°時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩的基波轉(zhuǎn)矩幅值相當(dāng)于直槽時(shí)的90％，3次諧波幅值相當(dāng)于直槽時(shí)的30％，5次諧波幅值相當(dāng)于直槽時(shí)的19％。值得注意的是，為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，反電動(dòng)勢(shì)波形必須是平頂寬度大于120°的理想梯形波，而斜槽或斜極引起的繞組反電動(dòng)勢(shì)的正弦化將會(huì)增大電磁轉(zhuǎn)矩紋波。因此，選擇合適的斜槽角度是有效抑制齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的關(guān)鍵。
?。?）分?jǐn)?shù)槽法 該方法可以提高齒槽轉(zhuǎn)矩基波的頻率，使齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量明顯減少。但是，采用了分?jǐn)?shù)槽后，各極下繞組分布不對(duì)稱，從而使電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩分量部分被抵消，電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩也會(huì)因此而相應(yīng)減小。
?。?）磁性槽楔法 采用磁性槽楔法就是在電機(jī)的定子槽口上涂壓一層磁性槽泥，固化后形成具有一定導(dǎo)磁性能的槽楔。磁性槽楔減少了定子槽開口的影響，使定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙磁導(dǎo)分布更加均勻，從而減少由于齒槽效應(yīng)而引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由于磁性槽楔材料的導(dǎo)磁性能不是很好，因而對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的削弱程度有限。
?。?）閉口槽法 閉口槽即定子槽不開口，槽口材料與齒部材料相同。因槽口的導(dǎo)磁性能較好，所以閉口槽比磁性槽楔能更有效地消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但采用閉口槽，給繞組嵌線帶來極大不便，同時(shí)也會(huì)＇大大增加槽漏抗，增大電路的時(shí)間常數(shù)，從而影響電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
?。?）無齒槽繞組 為了消除齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可采用無槽繞組的永磁無刷直流電機(jī)，這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)定子可使用非導(dǎo)磁鐵心的無齒槽空心杯定子結(jié)構(gòu)（見圖），能夠徹底消除了齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響；但繞組電感顯著減小，一般只有幾μH到幾十μH，因此定子電流中的PWM分量非常明顯。
?。?）斜槽法 定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極是抑制齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有效且應(yīng)用廣泛的方法之一，該方法主要用于定子槽數(shù)較多且軸向較長的電機(jī)。實(shí)踐表明，采用斜槽角度為10°時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩的基波轉(zhuǎn)矩幅值相當(dāng)于直槽時(shí)的90％，3次諧波幅值相當(dāng)于直槽時(shí)的30％，5次諧波幅值相當(dāng)于直槽時(shí)的19％。值得注意的是，為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，反電動(dòng)勢(shì)波形必須是平頂寬度大于120°的理想梯形波，而斜槽或斜極引起的繞組反電動(dòng)勢(shì)的正弦化將會(huì)增大電磁轉(zhuǎn)矩紋波。因此，選擇合適的斜槽角度是有效抑制齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的關(guān)鍵。
?。?）分?jǐn)?shù)槽法 該方法可以提高齒槽轉(zhuǎn)矩基波的頻率，使齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量明顯減少。但是，采用了分?jǐn)?shù)槽后，各極下繞組分布不對(duì)稱，從而使電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩分量部分被抵消，電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩也會(huì)因此而相應(yīng)減小。
?。?）磁性槽楔法 采用磁性槽楔法就是在電機(jī)的定子槽口上涂壓一層磁性槽泥，固化后形成具有一定導(dǎo)磁性能的槽楔。磁性槽楔減少了定子槽開口的影響，使定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙磁導(dǎo)分布更加均勻，從而減少由于齒槽效應(yīng)而引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由于磁性槽楔材料的導(dǎo)磁性能不是很好，因而對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的削弱程度有限。
?。?）閉口槽法 閉口槽即定子槽不開口，槽口材料與齒部材料相同。因槽口的導(dǎo)磁性能較好，所以閉口槽比磁性槽楔能更有效地消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但采用閉口槽，給繞組嵌線帶來極大不便，同時(shí)也會(huì)＇大大增加槽漏抗，增大電路的時(shí)間常數(shù)，從而影響電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
?。?）無齒槽繞組 為了消除齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可采用無槽繞組的永磁無刷直流電機(jī)，這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)定子可使用非導(dǎo)磁鐵心的無齒槽空心杯定子結(jié)構(gòu)（見圖），能夠徹底消除了齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響；但繞組電感顯著減小，一般只有幾μH到幾十μH，因此定子電流中的PWM分量非常明顯。
圖 無齒槽空心杯繞組
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