對(duì)永磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)使用的評(píng)價(jià)

1、中圖分類(lèi)號(hào):T M35916文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):100126848(2007022*對(duì)永磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)使用的評(píng)價(jià)張文海,胡伯承,徐麗(成都精密電機(jī)廠,成都610500收稿日期:2006211209生產(chǎn)實(shí)踐中,有將兩臺(tái)同型號(hào)規(guī)格的分裝式永磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)通電驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載。這種使用方法優(yōu)劣如何?本文對(duì)此作一評(píng)價(jià)。1并聯(lián)使用有何優(yōu)點(diǎn)?直流電動(dòng)機(jī)在相同體積、相同極數(shù)、相同磁通密度、相同電樞電流條件下,電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞直徑成正比,也就是說(shuō),在其他條件不變的情況下,轉(zhuǎn)矩,故直流力矩電動(dòng)機(jī)大都作成扁平狀,以此獲得大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。但是直流電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速與電樞半徑成反比,即永磁直流力矩電機(jī)不可能

2、二者兼顧。要獲得大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,就只能獲得低的空載轉(zhuǎn)速,不可能既要獲得大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,又要獲得較高的空載轉(zhuǎn)速。這一矛盾可不可以解決?可以。解決的方法就是將兩臺(tái)同型號(hào)規(guī)格的永磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)使用,這樣,就可以在原堵轉(zhuǎn)電壓不變的情況下,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩增大原電機(jī)的1倍(堵轉(zhuǎn)電流亦增大1倍,而空載轉(zhuǎn)速仍保持原電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速,不會(huì)因增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而降低原電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速。這就是永磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)使用的主要優(yōu)點(diǎn)。除此之外,因外經(jīng)增加還可節(jié)約空間徑向尺寸,對(duì)電機(jī)安裝有利。下面是一種永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)(型號(hào):J110LY X021單臺(tái)使用和兩臺(tái)并聯(lián)使用的實(shí)際測(cè)試記錄。電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)為:空載電壓70V;空載轉(zhuǎn)速1550r/

3、m in;連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流415A;連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩115N m;峰值堵轉(zhuǎn)電流20A;峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩615N m 。兩臺(tái)并聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)為:空載電壓70V;空載轉(zhuǎn)速1550r/m in;連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流9A;連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩3N m;峰值堵轉(zhuǎn)電流40A;峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩13N m 。實(shí)測(cè)結(jié)果如表1。表1實(shí)測(cè)結(jié)果電機(jī)狀況U 0/V n 0/r/m in I 0/A I k1/A T k1/N m U k1/V I k2/A T k2/N m U k2/V單臺(tái)1#70166001714151180141420711865102#7016550175415117714172071206816兩臺(tái)并聯(lián)7015831150910

4、316151240141236817從表中可以看出,1#、2#兩臺(tái)電機(jī)并聯(lián)后,同樣在空載電壓70V 條件下,空載轉(zhuǎn)速n 0=1583r/m in,與單臺(tái)空載轉(zhuǎn)速幾乎不變。但峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩在同樣堵轉(zhuǎn)電壓下均大了1倍,優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。2并聯(lián)法能增大永磁直流力矩電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而不降低空載轉(zhuǎn)速。那么,有無(wú)其他方法達(dá)到同樣目的?有,按照直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式T =D I LB /2,在電樞同樣外徑、同樣電流、同樣氣隙磁密、同樣極數(shù)條件下,增長(zhǎng)電樞鐵心長(zhǎng)度L 仍可成比例地增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。為此可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一種加長(zhǎng)鐵心的電機(jī),提高電源電壓1倍,便可達(dá)到并聯(lián)同樣目的,且發(fā)熱比并聯(lián)法更好。因?yàn)樵谟来胖绷髁仉姍C(jī)

5、設(shè)計(jì)中,反電勢(shì)系數(shù)K e =K N 1DLB19(V /r m in -1。式中,K 為電樞槽數(shù);N 1為元件匝數(shù),為極弧系數(shù);D 為電樞直徑(m ;L 為電樞鐵心長(zhǎng)度(m ,B 為氣隙磁密(T 。從反電勢(shì)系數(shù)公式中可以看出,L 增長(zhǎng)1倍,K e 必然增大1倍,若電機(jī)電源電壓不變,n 0必然降低原n 0的一半,因n 0U 0/K e 。如果要保持原n 0不變,只有將電機(jī)電壓U 0增大1倍,這就是加長(zhǎng)L 要提高電源電壓的原因。再看堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩公式T k =9155K e I K ,鐵心L 增長(zhǎng)1倍,必將引起反電勢(shì)系數(shù)K e 增大1倍,在保持原堵轉(zhuǎn)電流I K 不變的情況下,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T K 也必18對(duì)永

6、磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)使用的評(píng)價(jià)張文海胡伯承徐 麗然增大1倍。故采用加長(zhǎng)電樞鐵心長(zhǎng)度,提高電機(jī)電源電壓的方法,同樣可得到項(xiàng)一的優(yōu)點(diǎn),而且發(fā)熱比兩臺(tái)電機(jī)并聯(lián)更好。但該法有一嚴(yán)重缺點(diǎn),電源電壓U 0增高1倍,片向電壓也會(huì)增高1倍,由此而產(chǎn)生電位差火花。因片間電壓U k =U 02P /K 。式中,U k 為片間電壓;U 0為電機(jī)電源電壓;K為換向片數(shù);P 為磁極對(duì)數(shù)。鐵心加長(zhǎng)1倍,電源電壓提高1倍,公式中的P 和K 不變,片間電壓U k 自然增大1倍。當(dāng)然,少數(shù)電機(jī)片間電壓本來(lái)不高,增大1倍也在電位差火花規(guī)定的安全電壓之內(nèi),故這種電機(jī)采用加長(zhǎng)鐵心,提高電源電壓來(lái)增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而不降低空載轉(zhuǎn)速是優(yōu)于并聯(lián)方

7、法的。但大部分電機(jī)片間電壓增高1倍會(huì)超出電位差火花安全電壓之外,故此仍以并聯(lián)使用為好。3單臺(tái)使用與并聯(lián)使用,電機(jī)運(yùn)行中內(nèi)部參數(shù)變化是否一樣?它對(duì)電機(jī)有何影響?不一樣。電機(jī)制造中,雖然是同一種電機(jī),但每臺(tái)電機(jī)反電勢(shì)系數(shù)的結(jié)構(gòu)參數(shù),如電樞電阻、機(jī)電時(shí)間常數(shù)、反電勢(shì)系數(shù)、空載轉(zhuǎn)速等并不完全相等。這種差異的存在,對(duì)于單臺(tái)電機(jī)運(yùn)行來(lái)說(shuō),不會(huì)造成影響,而對(duì)于兩臺(tái)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行來(lái)說(shuō),堵轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)造成負(fù)載分配不均的現(xiàn)象,由此造成并聯(lián)時(shí)每臺(tái)電機(jī)發(fā)熱均比單臺(tái)電機(jī)運(yùn)行嚴(yán)重,溫升增高。如前述J110LYX021,1#、2#2臺(tái)電機(jī),70V 空載運(yùn)行時(shí),1#電機(jī)T 0=0171A,2#電機(jī)I 0=0175A 。1#、2#電

8、機(jī)并聯(lián)運(yùn)行后,總空載電流I 0=115A,分電流后1#電機(jī)I 01=0161A,2#電機(jī)I 02=0189A ?？梢钥闯?并聯(lián)前,2臺(tái)電機(jī)空載電流近似相等;并聯(lián)后,2臺(tái)電機(jī)的空載電流形成了較大差異。9A 堵轉(zhuǎn)時(shí),2臺(tái)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流分配也有一定差異,1臺(tái)堵轉(zhuǎn)電流為4145A ,1臺(tái)堵轉(zhuǎn)電流為5155A ,二者相加為9A 。這種并聯(lián)負(fù)載分配不均,有弊無(wú)利。但會(huì)不會(huì)造成電機(jī)燒毀?回答是不會(huì),只是比單臺(tái)運(yùn)行時(shí)溫升略有升高。其原因是,并聯(lián)中的兩臺(tái)電機(jī),運(yùn)行中電樞電阻通電發(fā)熱能自動(dòng)不斷進(jìn)行負(fù)載平衡。假定電機(jī)初始運(yùn)行時(shí),1#電機(jī)負(fù)載大,2#電機(jī)負(fù)載小。1#電機(jī)負(fù)載大,負(fù)載電流則大,電樞電阻發(fā)熱增大變快,電樞

9、電阻增大后,電樞電流隨之減小,輸出轉(zhuǎn)矩減小,由此將原來(lái)的部分負(fù)載轉(zhuǎn)移到2#電機(jī)上,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡。過(guò)一段時(shí)間,若2#電機(jī)負(fù)載變大,1#電機(jī)負(fù)載變小。2#電機(jī)的發(fā)熱變化過(guò)程與初始1#電機(jī)發(fā)熱變化過(guò)程一樣,最后造成2#電機(jī)電樞電阻增大,電樞電流減小,輸出轉(zhuǎn)矩減小,又將部分負(fù)載轉(zhuǎn)移到1#電機(jī)上。因1#電機(jī)部分負(fù)載轉(zhuǎn)移后,電樞電流減小,電樞電阻因發(fā)熱減小而減小,電樞電流會(huì)隨之而增大,輸出轉(zhuǎn)矩增大,承擔(dān)2#電機(jī)轉(zhuǎn)移的部分負(fù)載。如此達(dá)到自動(dòng)平衡負(fù)載的目的,所以不會(huì)造成電機(jī)燒毀。但可以從中看出,在自動(dòng)平衡負(fù)載過(guò)程中,兩臺(tái)電機(jī)均有短時(shí)超載現(xiàn)象,所以兩臺(tái)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,比單臺(tái)同功率運(yùn)行發(fā)熱要大一點(diǎn),溫升要高一點(diǎn)。但

10、這樣能追求到大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速的優(yōu)越性能指標(biāo),溫升雖然高點(diǎn),而仍在允許范圍之內(nèi),也是值得推廣的。4兩臺(tái)永磁直流力矩電機(jī)并聯(lián)使用,能得到大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速,但安裝很不方便。有無(wú)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)的并聯(lián)分裝式永磁直流力矩電機(jī)供應(yīng)?有。成都精密電機(jī)廠應(yīng)用戶需要,專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一種并聯(lián)一體的分裝式高速力矩電機(jī),型號(hào)為J110LYX023。它是將前述J110LYX021電機(jī)的兩個(gè)電極和兩個(gè)定子分別組合成一體,成為一臺(tái)新型電機(jī)。并聯(lián)電機(jī)J110LYX023與單臺(tái)電機(jī)J110LYX021相比,電機(jī)外徑不變,只軸向長(zhǎng)度增長(zhǎng)1倍,在電源電壓不變的情況下,力能指標(biāo)卻可以增大1倍,空載轉(zhuǎn)速卻可以不變。使用這種電機(jī)的不同之處在于,要使力能指標(biāo)增大1倍,電極電流必須增大1倍,否則電流上不去。另外,這種并聯(lián)電機(jī)空載時(shí),無(wú)論單臺(tái)運(yùn)行或并聯(lián)運(yùn)行,空載電流大小均一樣,近似等于非并聯(lián)單臺(tái)運(yùn)行空載電流的2倍。因直流電動(dòng)機(jī)的空載電流,幾乎全由鐵耗產(chǎn)生。故并聯(lián)力矩電機(jī),無(wú)論