集中绕组永磁无刷电动机

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1、集中绕组永磁无刷电动机刘利宏淮安信息职业技术学院摘要：本文从永磁无刷电动机的绕组特点分析出发，介绍集中绕组永磁无刷电动机绕组构成及电机转矩的计算方法。关键词：永磁无刷电动机集中绕组转矩1、永磁无刷电动机的应用永磁无刷电动机由于使用了高性能永磁材料做磁极，电机体积小、重量轻、效率高，其转矩特性与直流电机一样，具有调节控制方便、调速范围广、动态响应等特点。因此，愈来愈受到重视，它不但能代替一般的直流电动机使用，而且在数控机床、加工中心、智能机器人等要求高精度的应用场合，可作为交流伺服电动机得到广泛的应用。随着家电工业的发展，由于永磁无刷电机在较大的转速范围内可以获得较高的效率，更适合家电变频的

2、需要。在空调、冰箱、洗衣机等产品中，逐步由常规的单相异步电动机驱动而向永磁无刷电机变频调速发展。因此可以看到，永磁无刷电动机有广阔的发展前景。近些年来，永磁无刷电机在绕组结构方面，有了显著的改变，就是从原来常用的三相分布绕组改变为三相集中绕组。转子、永久磁铁定子定子槽(b)定子集中绕组(a)定子分布绕组图1新旧型无刷电机的比较图1（a）为三相分布绕组，它的定子槽数多，绕组节距接近一个极距τ。图1（b）为三相集中绕组，它的定子槽数少，每对极只有3个槽（甚至更少）。每相绕组集中放置在相邻的两个槽内，绕组节距接近集中绕组的优点是绕组端接部分缩短，导线用量减少，绕组线圈电阻降低，铜耗减少，电机效率

3、提高，成品降低，制造周期缩短。但是集中绕组也带来一定的缺点，主要是电机的绕组因数减小，定子磁动势中谐波含量增加及定子齿、槽对磁场分布的影响增大，使电机的脉动转矩增大。本文将针对集中绕组的特点，重点介绍其绕组构成及电机转矩的计算方法。2、集中绕组永磁无刷电动机的绕组构成2.1典型的集中绕组典型的集中绕组是电机一对极内只有三个定子齿、槽，定子槽数Q与极对数p的关系为Q/p=3，三个齿上套三个线圈，分别属于A、B、C三相，多对极的电机，具有p组线圈，可以将他们串联或并联构成三相绕组。BA123456CXYZ图2整数槽集中绕组连接图图2为极对数p=2，定子槽数Q=6时三相绕组的连接图，图中表示二对

4、极下有二组三相线圈，把每相的二个线圈串联构成了三相绕组，其中1、4线圈串联后构成A相，2、5线圈串联构成B相，3、6线圈串联构成C相。这种绕组的节距为短距，节距系数相邻两槽的电角度可以计算电机的短距因数：；分布因数：(因为是集中绕组)；绕组因数：Kdp1=Kp1Kd1=0.866。可见，其绕组因数较低，对电机的感应电动势机及基波磁动势削弱较多。为了提高绕组因数，常采用分数槽集中绕组。2．2分数槽集中绕组这种绕组的特点是电机每对极内包含的槽数小于3，是一个分数Q/p<3，故称为分数槽绕组，但定子总槽数必须是3的倍数，即Q/3=整数，才能构成三相对称绕组。这种绕组必须先画出槽导体电动势相量图，

5、才能确定线圈如何分配构成三相对称的绕组，举例说明如下：电机的极对数P=11，定子槽数Q=21，画出三相绕组图。由于极对数多，电机的转速n=60f/p=272.73r/min，是一种低速电机，如用于电动自行车上。定子上相邻两槽的电角度绕组节距y1=1极距τ==q/2p节距系数y==下面首先画出定子上线圈产生的电动势相量图。12′35791113151719212468101214161820图3线圈电动势相量图图3中表示21个线圈产生的电动势相量，如果把双数的电动势相量反向，如图中2线圈产生的电动势相量为2号，则反向的电动势相量为2′号，它将位于1、3两个电动势相量之间。共可得到10个反向电

6、动势相量。将11个正向电动势相量和10个反向电动势相量分为对称的三组，每组串联即可组成对称的三相电动势。A相由1、2′、3、4′、5、6′、7等相量组成。B相由15、16′、17、18′、19、20′、21等相量组成。C相由8、9′、10、11′、12、13′、14、等相量组成。A1234567X图4分数槽绕组一相绕组连接图根据电动势相量图3，可以构成三相绕组，图4表示A相绕组的构成，同理可画出B相及C相。以下计算绕组因数：短距因数：分布因数：由图3可知1与2′相量的夹角为=8.，每组串联线圈数目q=7绕组因数：Kdp1=Kp1Kd1=0.953。可见，分数槽绕组的绕组因数比整数槽时高得多

7、。3、集中绕组永磁无刷电动机的转矩分析永磁无刷电机传动系统一般由逆变器、永磁同步电动机、控制系统和位置传感器四部分组成，逆变器的通电方式往往采用三相六拍导通方式，每一瞬间有二相同时通电，有一相不通电，每一相绕组均有导通后1200，断电600，然后再导通1200，断开600。在这种通电方式下，定子绕组将产生一个步进式的旋转磁场，从而造成电机的转矩除平均值外，还存在脉动转矩。对于集中绕组永磁无刷电动机，由于每对极的定子槽数很