测试技术・TESTTECHNIQUE永磁直流力矩电机力矩波动的实验分析收稿日期:2004-06-08张文海李家会徐丽(成都精密电机厂,四川,成都610500摘要:实验并分析了直流力矩电机力矩波动产生的原因,提出在设计、工艺和选材上应采取的措施。关键词:永磁直流力矩电动机;力矩波动;实验;分析中图分类号:TM359.6文献标识码:A文章编号:1001-6848(200406-0064-031引言力矩波动是力矩电机的一项重要指标,通常要求应小于百分之几。永磁直流力矩电机产生力矩波动的原因主要来自两个方面:一是电的原因,因直流电机换向时,会引起电枢电流的变化,电流变化则引起力矩波动。二是磁的原因,因齿槽效应、磁路不对称、极弧系数大小关系,都要引起磁阻力矩的波动,磁阻力矩波动也会引起力矩波动。那么,这两种因素到底是怎样在影响力矩波动?为此我们作了一些实验与分析。2电枢电阻变化对力矩波动的影响直流电机在换向时,电刷每经过一个换向片都要接通并短路某些某元件,从而引起电枢电阻变化,电枢电阻变化则会引起电流变化致使力矩波动。那么,电枢电阻变化到底会对力矩波动造成多大影响?下面是我们对我厂几种永磁直流力矩电机作的电枢电阻变化与力矩波动的实验。电机的相关数据为:J60LYX012,U0=25±2.5V,n0=950±95rmin;连续堵转转矩Mk≥0.3Nm;连续堵转电流Ik=1.4A;力矩波动Kmb≤7%。J80LYX01,U0=27V;n0=370±37rmin;连续堵转转矩Mk≥0.45Nm;连续堵转电流Ik=0.8±0.1A;力矩波动Kmb≤7%。J145LYX01,U0=27±2.7V;n0=130±13rmin;连续堵转转矩Mk≥3.5Nm;连续堵转电流Ik=2.1A;力矩波动Kmb≤7%。J115LYX01,U0=31V;n0=360±36rmin;连续堵转转矩Mk≥1Nm;连续堵转电流Ik=1.5A;力矩波动Kmb≤6%。测试数据如表1。表1电机型号及编号电枢电阻变化(8电枢电阻变化率(%堵转转矩变化(Nm堵转转矩波动(%J60LYX01215.0~15.82.60.31~0.333.1J115LYX016.94~8.5910.60.95~1.1610J80LYX011#31.9~34.03.20.50~0.565.72#31.4~33.83.70.52~0.596.3J145LYX021#10.5~11.44.63.6~3.942#10.2~12.08.13.40~3.754.9从表中数据可以看出,电阻变化小的三种电机,力矩波动均小;电阻变化大的J115LYX01,力矩波动也大。但并不能由此下结论:电枢电阻变化是影响力矩波动的主要因素,因力矩波动是电和磁综合影响的结果。为了进一步考查电阻变化对力矩波动的影响,我们专门对电阻变化大的J115LYX01电机作电刷角度调整实验,方法是对该电机的电刷位置、换向器位置以及元件接线先在电脑上进行仿真作图,并在电脑上适当移动(一般是微动正刷与负刷之间的相对角度,以求达到短路元件最少,并使两支路电阻对称。然后根据仿真结果,再实际在J115LYX01电机上分别将正负电刷作角位移实验。实验结果是:移动前,电阻6.948~8.598,波动10.6%;移动后,电阻7.468~8.258,变化5%。电枢电阻变化率减小了一半,那么力矩波动如何?但重做力矩波动实验,结果几乎没有改善,之前:Kmb=10%;之后Kmb—46—微电机2004年第37卷第6期(总第141期=9.6%。分析原因,可能是这样:因一般直流电机每个极下的气隙磁通波形是一种近似梯形波而不是方波。尽管电刷角度调整后这些元件不短路而准备换向,但属临界换向状态,它所处的位置是磁场波形的零附近,如果磁场波形是方波,这些导体产生的电磁场就可与磁场发生作用,达到补偿力矩波动的目的。但情况恰恰相反,它不是方波而是近似梯形波,这些导体产生的电磁力就与磁场发生的作用很小,所以无法对力矩波动进行补偿。情况如此,我们只好再对磁作研究。3磁阻力矩波动对力矩波动的影响磁阻力矩等效于一般电机的静摩擦力矩。在永磁电机中,由于磁拉力产生的力矩远大于静摩擦力矩,所以我们称它为磁阻力矩。很显然,磁阻力矩来源于以下三个方面:一是电枢的齿槽效应。齿部,磁阻小,磁拉力大;槽部,磁阻大,磁拉力小。二是磁路的不对称(包括气隙不均,每个磁钢磁性能的差异等气隙大的地方磁阻大,磁拉力小;气隙小的地方,磁阻小,磁拉力大。三是极弧系数的关系:磁极下,磁阻小,磁拉力大;相邻磁极间,磁阻大磁拉力小。因为有这些磁阻变化,当然会对力矩波动造成影响。表2是我们对上面四种电机作的磁阻力矩波动与力矩波动的关系表2。表2电机型号及编号磁阻力矩(Nm磁阻力矩波动(%堵转转矩(Nm堵转转矩波动(%J6...