電機(jī)磁飽和問題（上）

什么是電機(jī)磁飽和現(xiàn)象？以下說法對否，請有各位建言。電機(jī)勵磁電流（空載電流）增加時，電機(jī)鐵心的磁感應(yīng)強度不再顯著增長，外加電壓高于電機(jī)額定電壓時，電機(jī)就會發(fā)生磁飽和，磁飽和時，空載電流顯著增長，容易燒電機(jī)。1 shsjhs2013碰到問題的是直流無刷電機(jī)。電機(jī)定子激勵電流增加到一定程度后再增加，其相應(yīng)的輸出扭矩增加不顯著或增加不上。（轉(zhuǎn)子是釹鐵硼強磁SH級）2 254339861這里有比較專業(yè)的解釋，請樓主參考3 張老五基本上屬于半懂不懂的理解，對于鐵耗、磁通密度和磁場強度之間的關(guān)系沒搞明白4 標(biāo)準(zhǔn)答案回復(fù)0shsjhs2013對于這種電機(jī)，你一樓的理解是完全徹底地錯了！直流無刷電機(jī)哪來的勵磁電流？誰說直流無刷電機(jī)勵磁電流就是空載電流？？？5 zengxiaodong其實電機(jī)的磁飽和問題并非像想象的那么簡單，看看書就能弄明白的。這個帖子剛出來時我本想回答一下，結(jié)果弄成這個樣子。書上的內(nèi)容，論述較多的是鐵磁材料的特性，也就是眾所周知的磁化曲線，當(dāng)然經(jīng)典的還有直流電機(jī)中電樞反應(yīng)，一半增磁一半去磁，由于飽和增（磁）增不上去而退（磁）退得下去，從而導(dǎo)致綜合的退磁效應(yīng)......上面就是書上的內(nèi)容，這些內(nèi)容不足以解釋樓主的問題，事實上對于多數(shù)的電機(jī)而言（不僅僅限于直流電機(jī)），如果按照單個槽建立多相電機(jī)的模型，在空載狀態(tài)下與負(fù)載狀態(tài)下，齒部和軛部磁密變化不會很大，因為也是一個齒尖增磁，一個齒尖去磁，這樣的話，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該與電流幾乎成正比才是，并不會出現(xiàn)嚴(yán)重的轉(zhuǎn)矩飽和效應(yīng)。6 zengxiaodong當(dāng)出現(xiàn)了樓主所述的問題時，可以很明確地說，電機(jī)的磁路設(shè)計有不當(dāng)，那么，怎樣改進(jìn)呢？首先想到的是增加齒部或者軛部的面積，而這卻幾乎多數(shù)情況下是錯誤的做法，哪怕是負(fù)載場計算得出齒部飽和數(shù)據(jù)也是如此！事實上，首選的改進(jìn)方法應(yīng)是增加槽口的尺寸。我今年給德國人改進(jìn)了一款電機(jī)，是原裝進(jìn)口的設(shè)計，沒想到設(shè)計之差超乎想象，鐵心各部分中，該大的尺寸不大，該小的尺寸不小，齒部磁密偏低而軛部磁密又偏高，居然提出要求減少有效材料20%，說白了就是鐵心長度縮短20%！我一看圖紙，就想提出增加槽口寬度，無奈人家說不想重新開沖片模具，怎么辦?逼上梁山只好增加極數(shù)，同時增加氣隙磁密，最后總算勉強完成任務(wù)。7 張老五回復(fù)6 zengxiaodong請教一下曾老師，這個電機(jī)是啥負(fù)荷，改完極數(shù)以后，是繼續(xù)改控制系統(tǒng)呢，還是直接改負(fù)荷？8 zengxiaodong實際上，很多電機(jī)設(shè)計，是先計算空載磁場，在這個工況下評價磁密波形，鐵心飽和程度等等，一般這時不會把各部分的磁密取得太高，例如齒部磁密1.6T左右，軛部磁密1.0T左右（與極數(shù)關(guān)系比較大）。那么在負(fù)載以后，一般并不希望電樞反應(yīng)太強烈，也就是負(fù)載磁場也不應(yīng)有太大的變化，此時，轉(zhuǎn)矩的飽和現(xiàn)象也就不明顯。如果磁路設(shè)計不良，即使A取得不高，電機(jī)也會出現(xiàn)嚴(yán)重的轉(zhuǎn)矩飽和現(xiàn)象，就是俗稱的過載能力很差，例如電流增加到2倍，轉(zhuǎn)矩卻只有1.4倍，這樣就會出現(xiàn)加速無力或者爬坡爬不上去的情況，顯然這是不理想的結(jié)果 ，本帖樓主估計就是這樣的問題。典型的設(shè)計問題有：電機(jī)氣隙太?。妱畲牛?，或者定子槽口太小，這兩個都很容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的飽和效應(yīng)，下面是某電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計算結(jié)果（額定轉(zhuǎn)矩1900牛米）：（第一列是額定電流的倍數(shù)，從5%~200%，以后各列就是不同超前控制角下的轉(zhuǎn)矩，0~17度）9 zengxiaodong拿第二列的轉(zhuǎn)矩來看，一開始線性度是很好的，電流到幾倍轉(zhuǎn)矩就到幾倍，但是后面就不成比例了，例如100%電流時轉(zhuǎn)矩1899牛米，但是200%電流時轉(zhuǎn)矩為3217牛米，也就是電流增加一倍，轉(zhuǎn)矩僅為1.694倍！這是反復(fù)改進(jìn)后的結(jié)果，原設(shè)計方案在200%電流時，轉(zhuǎn)矩竟然僅為2600牛米！為了減少轉(zhuǎn)矩的飽和效應(yīng)，可以采取超前角控制技術(shù)，下圖是擬合出來的最佳超前角。也就是在200%電流時，最佳超前角為14度。弱磁不一定會減小轉(zhuǎn)矩10 zengxiaodong回復(fù)1shsjhs2013建議樓主先試一下超前角控制技術(shù)，也就是霍爾位置前移一個角度，例如15度電角度，在同樣的電流下（飽和時）轉(zhuǎn)矩大概能增加5%~10%，如果可能的話建議改進(jìn)沖片的設(shè)計，則過載能力會大幅度提高！又忘記了，如果上述方案實施起來有難度，在線圈等都不改變的情況下，可以增加極數(shù)來顯著改善過載能力，例如原電機(jī)是9槽8極，則可以改成9槽10極，這個效果一般般，因為極數(shù)增加并不多。假如原電機(jī)是36槽24極，改成36槽48極，則效果就實在是太大了，因為極數(shù)增加了1倍！11 zengxiaodong回復(fù)9 zengxiaodong在200%電流下，用不同的弱磁電流，在電機(jī)轉(zhuǎn)動的情況下，計算轉(zhuǎn)矩波動情況如下：各條曲線都沒有交叉，也就是說與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，在任意位置都可以按照不同超前角進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算。12 zengxiaodong回復(fù)1 shsjhs2013給你一個6槽7極最簡電機(jī)的實例，原電機(jī)在200%額定電流時轉(zhuǎn)矩只有2600牛米（額定1900牛米），幾經(jīng)改進(jìn)達(dá)到了3049牛米（但還不是最終方案），下面是200%額定電流時的電磁場計算結(jié)果。可見，磁力線嚴(yán)重扭斜，同時齒部飽和也很明顯，特別是磁極邊緣處磁密也達(dá)到較高的數(shù)值。         13 標(biāo)準(zhǔn)答案回復(fù)12 zengxiaodong請問曾老師，你后面計算的那些圖是你優(yōu)化前還是優(yōu)化后的？如果是優(yōu)化前的，那么優(yōu)化后的又是怎樣？你怎么優(yōu)化的？優(yōu)化的效果又怎么看？如果是優(yōu)化后的，那么優(yōu)化前的又是怎樣？怎么優(yōu)化的？優(yōu)化的效果又怎么看？你對這臺電機(jī)的優(yōu)化是你說的增大槽口還是增加了極數(shù)？亦或是“超前角控制技術(shù)”？14 zengxiaodong回復(fù)13 標(biāo)準(zhǔn)答案這個是優(yōu)化中的結(jié)果，我在帖子里已經(jīng)說明了！至于增加極數(shù)前的結(jié)果，已經(jīng)刪除了，但我可以提供后續(xù)過程的優(yōu)化結(jié)果，最后200%電流轉(zhuǎn)矩達(dá)到3217牛米。15 zengxiaodong回復(fù)13 標(biāo)準(zhǔn)答案最后就是增加極數(shù)，因為沖片人家不讓動。另外，超前角控制技術(shù)也不是電機(jī)設(shè)計工程師能夠?qū)崿F(xiàn)的，是要靠變頻器才能落實的，但是，作為一般規(guī)律而言，飽和程度越大超前角控制的效果也就越好。有一次在現(xiàn)場，載重汽車爬坡怎么也爬不上去，是愛默生的變頻器，他們的調(diào)試人員反復(fù)弄了一整天都不行，下結(jié)論說電機(jī)不行，后來我到現(xiàn)場只改了一下磁極原點角度，偏移了15度，一下就爬上去了，搞得業(yè)主把愛默生的人臭罵了一頓。事實上，只要是單向載荷運轉(zhuǎn)的情況，最好的角度就不是零度，而是超前一個角度，可在變頻器上手動設(shè)置，但這個方法對于雙向載荷的情況就不行，因為載荷換向后偏移角度的方向也要變，否則會導(dǎo)致另一個方向的轉(zhuǎn)矩能力更差！16 zengxiaodong按照理論，對于隱極式同步電機(jī)（如表面式永磁電機(jī)）來說，最大轉(zhuǎn)矩電流控制，就是Id=0控制，也就是電流矢量應(yīng)與交軸重合，此時產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的前提下所用的電流最小，但這只是理論，實際電機(jī)并非如此，無論是數(shù)值計算還是實際試驗，都可以證明Id=0控制，不是最大轉(zhuǎn)矩電流控制，而是要施加適當(dāng)?shù)闹陛S去磁電流，才能實現(xiàn)最大的轉(zhuǎn)矩電流比，對于凸極電機(jī)（如嵌入式永磁電機(jī)）也是如此，這就是超前角控制的理論基礎(chǔ)。怎么實現(xiàn)“超前角控制”呢？很顯然，就是根據(jù)電機(jī)的特性在不同交軸電流的基礎(chǔ)上，施加恰當(dāng)?shù)闹陛S電流，這應(yīng)由變頻器的控制算法來實現(xiàn)。但是，現(xiàn)實上的變頻器多數(shù)是Id=0控制模式，也就是根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號，直接檢測出直軸（和交軸）的位置，在此基礎(chǔ)上將電流矢量定向到交軸上！轉(zhuǎn)子位置傳感器與轉(zhuǎn)子的聯(lián)接是隨意的，因此，變頻器在運行前都會有一個初始對位的過程，以確定轉(zhuǎn)子磁極與編碼器Z信號（或者U、V、W信號，R信號，C、D信號等等）的相對位置關(guān)系，并把結(jié)果儲存到變頻器內(nèi)部，供控制程序調(diào)用，這個數(shù)值是用戶可以讀取的，也是用戶可以修改的，那么我們就可以人為改變這個數(shù)值，使得矢量控制時定向“錯誤”到我們希望的位置上！下面就是前面帖子給出過的根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果擬合出來的按照電流最小原則，最佳控制的超前角度圖。要充分利用這張圖只有變頻器自動實現(xiàn)，而手動實現(xiàn)的話，只能取一個確定的數(shù)值，例如為了滿足200%超載的要求，取圖中14.8度，這樣在低于這個電流時，其實已不是最優(yōu)效果了，這雖是無可奈何卻仍是可以接受的！17 zengxiaodong對于方波型無刷直流電機(jī)而言，除非驅(qū)動器有超前角度的設(shè)置選項，否則就只能設(shè)法改變霍爾傳感器的空間位置了，而這實施起來并不是舉手之勞......為了加深理解，我們也可以進(jìn)行“滯后角控制”，看看會發(fā)生什么效果？（第一列是額定電流的倍數(shù)，從5%~200%，以后各列就是不同滯后控制角下的轉(zhuǎn)矩，0~17度。）可見滯后的角度越多，在大負(fù)載時磁路就會越飽和，導(dǎo)致同樣的電流下轉(zhuǎn)矩下降越多。同樣17度，超前轉(zhuǎn)矩3302Nm，滯后轉(zhuǎn)矩2905Nm，相差13.66%之多！18 rayzh磁極原點是能改的么？那個是電機(jī)安裝時定下來的。提前和滯后角度是控制的事。兩者概念不同。另外還有個疑問，增加極數(shù)不需要重新開模嗎？還是說，定子不需要開模，轉(zhuǎn)子重新開，省一半？19 rayzh指教不敢，個人理解而已。單片或者整體磁鋼磁場是充磁時確定的，其磁場最強處和交替處，隨著安裝也應(yīng)該確定。而用霍爾或無傳感器的方法都是捕獲磁場特征點，然后控制上是直接使用或者做偏移使用。不知然否？20 rayzh偏角度安裝霍爾只是改變位置信號反饋值，并未改變磁場本身，所以62樓第一句不能解釋我提的問題。PS：這種安裝方式會給負(fù)載啟動帶來明顯影響，導(dǎo)致正反轉(zhuǎn)啟動力矩有較大差別。21 張老五響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)答案隊長，簡單地回答一下這個問題。原文是：電機(jī)勵磁電流（空載電流）增加時，電機(jī)鐵心的磁感應(yīng)強度不再顯著增長，外加電壓高于電機(jī)額定電壓時，電機(jī)就會發(fā)生磁飽和，磁飽和時，空載電流顯著增長，容易燒電機(jī)。這句話就其基本意思來說，勉強可以算是對的，但不嚴(yán)密之外很多，如果真要深究的話，那可商榷之處也不少，且讓我一一說來。電機(jī)勵磁電流（空載電流）增加時，電機(jī)鐵心的磁感應(yīng)強度不再顯著增長如果不加那個括號，那這句話應(yīng)該是基本正確的。只是勵磁電流雖然是空載電流的主要成分，但空載電流并非只是勵磁電流。再者說了，”顯著“一詞又該如何定義呢？如果改為”成比例增長“，可能更好些。外加電壓高于電機(jī)額定電壓時，電機(jī)就會發(fā)生磁飽和這句就問題更多了，先不討論飽和點和飽和度的問題。是不是飽和，跟外加電壓高低并無必然聯(lián)系，若原設(shè)計工作磁密就高，那即使外加電壓沒到額定點也是飽和的；若原設(shè)計工作磁密偏低，即使外加電壓超過額定電壓也未必就會飽和。磁飽和時，空載電流顯著增長，容易燒電機(jī)這一句就更不知道是想要表達(dá)什么意思，此句中的”飽和“是在一種什么樣的情況下發(fā)生的？如果按上一句的解釋，當(dāng)設(shè)計工作磁密偏高時，額定電壓下電機(jī)就是飽和的，原本空載電流就是大的，何來顯著增長一說？后半句”燒電機(jī)“就更無根據(jù)了，說句實話，因為空載電流大而燒電機(jī)的，不敢說沒有，實在是比較少見的。22 zengxiaodong關(guān)于飽和問題，還有一個就是高次諧波的影響，這個問題在“氣隙磁場優(yōu)化”那個帖子里面已經(jīng)提到了。磁極磁場一般是含有奇數(shù)次的諧波而不含有偶數(shù)次的諧波，而奇數(shù)次諧波又由于負(fù)半波個數(shù)比正半波個數(shù)少一個，因此會導(dǎo)致磁通量的增加，也就是導(dǎo)致鐵心飽和程度的增加，但是這里應(yīng)該明確的一點是，高次諧波導(dǎo)致的鐵心飽和程度增加，主要影響的部分是鐵心的軛部而不是齒部（集中繞組除外，集中繞組電機(jī)齒部和軛部磁通量完全正相關(guān)故磁密會同時增加）。當(dāng)然，一般情況下多極電機(jī)的軛部磁密取得比齒部低，所以軛部飽和不明顯，這也就是可以利用3次諧波磁場增加電機(jī)出力的基本理論基礎(chǔ)！這里有篇論文可以看看https://bbs.simol.cn/forum.php?mod=attachment&aid=MTIyMDI3fGY1YTY4NjgyfDE1ODM4NTUwOTV8MjI0NjYyfDEzMzc4Ng%3D%3D23 miantiao曾老師，等您解禁后能否講解一下為啥增加極對數(shù)后可以增加電機(jī)的過載能力呢？是因為在原尺寸不變的情況下降低了電機(jī)齒軛部的磁密么？24 zengxiaodong回復(fù)23 miantiao在極數(shù)增加以后，不管是齒部磁密還是軛部磁密，都會有不同程度的降低，也就是減小鐵芯的飽和程度，因此可以大大增加電機(jī)的過載能力！例如9槽8極增加到9槽10極，極數(shù)增加了25%，此時效果已經(jīng)比較顯著，如果是12槽8極增加到12槽16極，則極數(shù)翻倍，效果就無法形容了。25 miantiao回復(fù)24 zengxiaodong.記得永磁電機(jī)出一定的力需要的永磁體用量不能少于一個計算定值，如果采用了多極后，永磁體的用量整體上應(yīng)該會更多一些吧。26 zengxiaodong回復(fù)25 miantiao永磁體用量一點也不會增加，反而會有所減少！27 zengxiaodong回復(fù)20 rayzh我感覺你對于什么是磁極位置有一些誤解，所謂磁極位置，并不是獨立存在的，而是相對于定子繞組而言的。磁鐵貼好了當(dāng)然不能移動，但是檢測傳感元件卻是可以相對于定子繞組移動的，也就是說在電機(jī)轉(zhuǎn)動時，以定子繞組為基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子磁極相位是可以改變的，這就是超前角控制的基礎(chǔ)。28 電機(jī)豆豆：我所了解的知識，說明一下，供參考，如有不同觀點，還請發(fā)帖討論；共同進(jìn)步1.電壓升高時，電機(jī)空載電流增加；2.電壓升高，電機(jī)磁密身高；3.電壓提高至一定程度時，電機(jī)會發(fā)生磁飽和；4.磁飽和時，鐵損增加，電機(jī)溫度升高。29 zengxiaodong回復(fù)11 zengxiaodong在下面這個帖子的12、13樓中也得到了類似“超前角控制”的圖形，也就是不同電流超前角控制下的特性！該帖子的例子是針對豐田Prius馬達(dá)的，很有參考價值。https://bbs.simol.cn/thread-137711-1-1.html以PriusIII驅(qū)動電機(jī)為例，研究一下48槽8極永磁同步電機(jī)30 forlink回復(fù)24 zengxiaodong曾老師，極數(shù)增加軛部磁密降低好理解，齒部磁密降低如何理解？31 zengxiaodong回復(fù)30 forlink好，這個問題有相當(dāng)?shù)纳疃?！其實，這是積分效應(yīng)的必然結(jié)果?；蛘邠Q個角度來理解，既然軛部磁密降低了，則根據(jù)磁通守恒原理，齒部磁密必然也要降低，否則，豈不是漏磁增加了？32 forlink這個解釋恐怕有問題，我們先把討論的前提定下來，即在極數(shù)增加的時候，槽數(shù)也同比例增加。33 zengxiaodong回復(fù)32 forlink你這是相當(dāng)于完全重新設(shè)計了，極數(shù)增加后搞不好軛部磁密都增加了，就不存在軛部磁密降低好理解這一說法。帖子4樓（1 shsjhs2013）已經(jīng)指明：永磁無刷直流電機(jī)。我的帖子舉的例子：客戶不允許改動沖片，否則解決磁飽和問題就不會這么費勁了，哪兒飽和就加寬哪兒唄。34 zengxiaodong回復(fù)32 forlink你說的輸出轉(zhuǎn)矩降低是指電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力,實際使用時,輸出轉(zhuǎn)矩是和負(fù)載一樣的,如果負(fù)載不變,輸出轉(zhuǎn)矩是不會變化的。另外,樓主計算不同溫度下的電阻公式,也太小白了吧,居然不知道換算公式博士挖了一個坑，結(jié)果有人就迫不及待地跳了下去。下面是sinx/x這個數(shù)學(xué)函數(shù)的圖形：35 標(biāo)準(zhǔn)答案回復(fù)34 zengxiaodong“既然軛部磁密降低了，則根據(jù)磁通守恒原理，齒部磁密必然也要降低，否則，豈不是漏磁增加了？”這個解釋似乎有些牽強！36 tthjcr忍不住插句嘴，看你們說的汗流浹背，只不過是各說各話而已，曾老師的前提是電機(jī)定子尺寸不變增加極數(shù)，婁博士的前提是定子外徑不變增加極數(shù)，出發(fā)點不同，結(jié)果自然不同。另曾老師這種有意通過降低齒、軛部磁密的設(shè)計思想，電機(jī)體積必然大了，過載能力固然提高，但成本、重量、安裝空間、產(chǎn)品競爭力方面也會有短板，不過用于給樓主的解釋飽和的影響倒很直觀具體。37 zengxiaodong回復(fù)36 tthjcr你完全曲解了我的意思！我再次重申：定子內(nèi)徑、外徑、槽數(shù)、槽形等等所有的幾何參數(shù)都不改變（線圈可以改變也可以不改變），僅僅是轉(zhuǎn)子增加極數(shù)，就會顯著降低鐵心磁密降低飽和程度，提高電機(jī)的過載能力！38 張老五回復(fù)35 標(biāo)準(zhǔn)答案我建議，所有的人都把討論先放一放，因為這個問題前提都沒說清楚，自然結(jié)論也就不可能說清楚，不過是雞同鴨講，自說自的，也許都對，也許都不對，最終不免陷于口舌之爭。關(guān)于“極數(shù)增加后過載能力也增加”這個么結(jié)論，看起來簡單，細(xì)想也不易，關(guān)鍵在于很多基本概念是否清楚，仿真會不會倒不重要了，否則仿得再好，基本概念不清，又有何用？說到前提，先說一下“過載能力增加”這個“結(jié)論”，看帖子看了快一百樓了，也沒見哪個出來說一下，“過載能力”到底是指哪個指標(biāo)？到底是轉(zhuǎn)矩，還是功率？如果轉(zhuǎn)速不變，倒也無妨，二者密切相關(guān)，可是現(xiàn)在說的是極數(shù)變了，轉(zhuǎn)速也有變化，那么這個“過載能力”到底是指轉(zhuǎn)矩的過載能力呢，還是指功率過載能力呢？39 張老五當(dāng)然，更重要的是，極數(shù)增加后，如果其他條件不變，那么電機(jī)的實際功率是減小的，這過載能力么，就呵呵了吧40 張老五 “極數(shù)增加后過載能力也增加”，關(guān)于這個“結(jié)論”，提出的人提到過的前提包括：1、沖片尺寸不變2、轉(zhuǎn)子極數(shù)增加3、定子繞組可以變也可以不變4、然后有個中間過程，鐵心磁密飽和程度降低最后得出結(jié)論，電機(jī)過載能力增加當(dāng)然，中間我省略了若干高大上的公式和仿真圖，雖然我承認(rèn)這個我要么是忘了，要么是看不懂可是，且慢！這些前提夠了嗎？夠了嗎？夠了嗎？（重要的話要說三遍）當(dāng)然不夠，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠！因為還少幾個關(guān)鍵性的前提，如果這些前提不同，結(jié)論可能完全相反?。?！我在此列幾條，歡迎其他同學(xué)補充：1、先說繞組的事情，假設(shè)原來是6極的，現(xiàn)在把轉(zhuǎn)子改成8極，定子繞組不變，不變，不變。這個，這個，我不敢說這個電機(jī)一定能轉(zhuǎn)，也不敢說它一定就不能轉(zhuǎn)，我只能弱弱地說一聲，如果這個電機(jī)能轉(zhuǎn)，一定很有喜感。2、根據(jù)已知的前提，定子內(nèi)外徑槽形及尺寸都不變，那么鐵心長度變不變，變不變？這個里面的坑好大的，不知道是誰挖的3、電機(jī)外部指標(biāo)變不變，比如電壓，比如頻率，還有關(guān)鍵的轉(zhuǎn)速？我假設(shè)電壓頻率不變，轉(zhuǎn)速隨著極數(shù)的變化而變化行嗎？4、再說下繞組，我比較保守，搞不懂那些高大上的諧波繞組，所以還是太平點，把繞組的跨距動一下，相應(yīng)的極數(shù)也改一下，現(xiàn)在問題來了，這樣改過后，繞組的匝數(shù)變化嗎？如果變化，如何變化？5、現(xiàn)在假設(shè)，只是假設(shè)，繞組匝數(shù)增加了，那么線徑變化嗎？6、還是假設(shè)，繞組匝數(shù)增加了，線徑不變，那槽滿率變化嗎？這個問題曾老師不必回答，我知道您的電機(jī)槽滿率都是杠杠滴，不要說70、80、90的，隨便做做就過100了，小意思下，至于線能不能下進(jìn)去，這個是下線工的問題，跟曾老師無關(guān)7、最后一條，并聯(lián)支路數(shù)變化嗎？暫時就想到這么多，歡迎補充，在補充完之間，建議不要做深入討論，以免浪費感情41 zengxiaodong回復(fù)35 標(biāo)準(zhǔn)答案老標(biāo)說有點牽強，確實如此。對于正弦波永磁電機(jī)而言，嚴(yán)格的證明上面已經(jīng)給出。對于方波永磁電機(jī)而言，分成兩種情況，一種是極槽數(shù)接近的情形，也就是集中繞組分?jǐn)?shù)槽電機(jī)，在譚建成教授的書中（永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)）105頁，按照120度和90度方波，計算了兩個實例，都證明極數(shù)增加后齒部磁密大幅度降低。方波電機(jī)的另外一種情形就是槽數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于極數(shù)，很顯然，進(jìn)行簡單的分析就可以得到結(jié)論，極數(shù)增加時，齒部磁密最惡劣的結(jié)果就是保持不變，否則只能是降低，總之，可以排除增加。42 zengxiaodong下面把我改進(jìn)德國佬的實例拿來分析一下：原來設(shè)計是72槽22極，這個設(shè)計我想了很長時間，實在想不出德國佬為什么會有這么奇怪的方案，唯一可以解釋的是齒槽轉(zhuǎn)矩方面的考慮！經(jīng)有限元核算，確實齒槽轉(zhuǎn)矩很小，但是齒部磁密偏低而軛部磁密又偏高，因為還需要大幅度降低成本，說白了就是減少用料，前已述及，沖片不允許改變，因此，我只能考慮增加電機(jī)極數(shù)，分析如下：22極，q=12/11，單元電機(jī)數(shù)t=1，每槽電角度55度，有單邊磁拉力，振動噪聲指標(biāo)很差，齒槽轉(zhuǎn)矩較小24極，q=1，單元電機(jī)數(shù)t=6，每槽電角度60度，振動噪聲指標(biāo)很好，但由于是整數(shù)槽，齒槽轉(zhuǎn)矩或較大26極，q=12/13，單元電機(jī)數(shù)t=1，每槽電角度65度，有單邊磁拉力，振動噪聲指標(biāo)很差，齒槽轉(zhuǎn)矩較小28極，q=6/7，單元電機(jī)數(shù)t=2，每槽電角度70度，振動噪聲指標(biāo)尚可，齒槽轉(zhuǎn)矩一般30極，q=4/5，單元電機(jī)數(shù)t=3，每槽電角度75度，振動噪聲指標(biāo)很好，齒槽轉(zhuǎn)矩一般32極，q=3/4，單元電機(jī)數(shù)t=8，每槽電角度80度，振動噪聲指標(biāo)極好，齒槽轉(zhuǎn)矩一般34極，q=12/17，單元電機(jī)數(shù)t=1，每槽電角度85度，有單邊磁拉力，振動噪聲指標(biāo)很差，齒槽轉(zhuǎn)矩小38極，q=12/19，單元電機(jī)數(shù)t=1，每槽電角度95度，有單邊磁拉力，振動噪聲指標(biāo)很差，齒槽轉(zhuǎn)矩小40極，q=3/5，單元電機(jī)數(shù)t=4，每槽電角度100度，振動噪聲指標(biāo)極好，齒槽轉(zhuǎn)矩一般42極，q=4/7，單元電機(jī)數(shù)t=3，每槽電角度105度，振動噪聲指標(biāo)很好，齒槽轉(zhuǎn)矩一般除了考慮上面的問題以外，還需要考慮線圈的節(jié)距問題，顯然不能選擇短距系數(shù)太小的情形，綜合分析以后決定選擇32極！重新進(jìn)行電磁場計算，顯然大幅度降低了軛部磁密，另外，考慮到齒部磁密還有較大富余，因此可以增加氣隙磁密的幅值，也就是進(jìn)一步提高磁滿率{:soso_e120:} ，或者選用更高牌號的釹鐵硼（原來N35SH改為N40SH，氣隙也從1.25毫米減小到1.0毫米），樣機(jī)試制實測的結(jié)果證明，改進(jìn)非常成功，大幅度（下降20%）減少了鐵心重量、磁鐵用量，銅線用量。43 張老五其實，我發(fā)現(xiàn)，在討論這個問題時，大家都進(jìn)入了一個誤區(qū)。曾老師一個勁地說，極數(shù)增加后如何，又能降成本，又能提高過載能力，只是對于其他方面的性能避而不談我水平比較差，所以想出來的方法也比較簡單，不就是要降低磁飽和度，提高過載能力么？簡單?。?！我把鐵心縮短20%，于是鐵心成本降了20%，那磁密不是更高？更簡單，我把匝數(shù)增加30%，磁密降了有木有？那銅線的成本不是增加了？槽里是不是放不下了？這個你們OUT了，曾老師從不擔(dān)心槽滿率的問題，至于能不能放下，那是下線工的事情，跟曾老師無關(guān)。不過成本么，算了，看到成本的份上，就放槽滿率一馬，我再把導(dǎo)線截面積降40%，這么，銅材的成本也下降了于是乎，是不是很完美？成本降了，磁密降了，過載能力也增加了，跟曾老師的高大上方案是一樣一樣一樣的啊。當(dāng)然了，這樣調(diào)整以后，電機(jī)功率是降了一丟丟，一丟丟，只是一丟丟而已啦，不必在意啦44 limu回復(fù)42 zengxiaodong請教曾老師，看您上面的結(jié)論中有對振動和噪聲水平的判定，這樣的結(jié)論在設(shè)計階段如何得出？多謝45 zengxiaodong回復(fù)44 limu有效問題！可以回答很顯然，單元電機(jī)數(shù)越多則徑向力波次數(shù)越大，也就是振動噪聲指標(biāo)越好！在同樣的單元電機(jī)數(shù)時，q的分母為奇數(shù)又要好于分母為偶數(shù)。上面的列表中，有幾個單元電機(jī)，本來是沒有單邊磁拉力的，但是由于不可避免的偏心，會產(chǎn)生r=1的徑向力波，也就是單邊磁拉力，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的振動噪聲（噪聲與頻率也有很大關(guān)系）！46 limu回復(fù)45 zengxiaodong多謝曾老師。是不是單邊磁拉力造成的振動與噪聲與定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)模態(tài)無關(guān)，只要有單邊磁拉力就會造成振動和噪聲？另外這個”不可避免的偏心“怎么理解？47 zengxiaodong回復(fù)46 limu跟模態(tài)當(dāng)然有關(guān)，如果模態(tài)頻率與激振頻率相同，將導(dǎo)致嚴(yán)重的共振現(xiàn)象。即使模態(tài)頻率不相同，由于單邊磁拉力是不好的激振模式，會導(dǎo)致較大的振動，至于噪聲則還要依賴于頻率，在千赫茲數(shù)量級時噪聲輻射能力也會很強從而導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲。48 zengxiaodong我選擇32極，而沒有選擇40極或者42極的原因有如下2個：（見42 zengxiaodong）1、某些型號的變頻器其允許的最大極數(shù)是40，為了適應(yīng)市場上所有的變頻器，42極目前不宜選用；2、32極的電機(jī)其單元電機(jī)數(shù)是8，這樣的話電機(jī)建模比較簡便，節(jié)點數(shù)和單元數(shù)比較少而網(wǎng)格剖分可以密很多，計算精度大幅度提高！說實話，72槽22極的原電機(jī)由于是單元電機(jī)，假設(shè)不采用半周期邊界條件的話，則整個電機(jī)都要建模，其剖分的節(jié)點數(shù)達(dá)到20萬個，計算規(guī)模實在太大了！49 zengxiaodong回復(fù)1 shsjhs2013 這里有一篇Jmag的資料，詳細(xì)講到了轉(zhuǎn)矩飽和的現(xiàn)象。

50 張老五到底極數(shù)變化能否提高電機(jī)的過載能力呢？既然曾老師一直沒給出確切的答案，也始終不肯（也許是不能，或者不敢）回答我的相關(guān)問題，那就只能我自已來算一算了永磁機(jī)我不太熟悉，所以我用異步機(jī)為例，不知永磁或其他機(jī)機(jī)型是否會有所不同？前面我也說過了，沒有前提，一切討論都是無意義的，因此，在此先說明相關(guān)的假設(shè)條件：1、首先假設(shè)原來的設(shè)計是一個正常而成熟的方案，否則只要把優(yōu)化一下，比如原來效率80%，優(yōu)化后提高到90%，輸出功率增加了，相對來說過載能力自然就增加了，何必費老大勁去改極數(shù)？2、整體的設(shè)計方向大體不變，也就是說，原來主要考慮什么性能，現(xiàn)在還是這樣，不作重大改變3、電機(jī)的外部表現(xiàn)不變，包括電壓頻率散熱條件等，否則原來空冷的改成水冷，功率立馬增加4、其他方面的變化，如轉(zhuǎn)矩增加后的機(jī)械強度，暫時不考慮那么，在這個極數(shù)的變化過程中，還有哪些前提呢：1、定轉(zhuǎn)子鐵心尺寸不變，包括內(nèi)外圓，槽形尺寸和鐵心長度2、線圈跨距按照極數(shù)的變化而變化，匝數(shù)和線徑根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整3、變化前后保持熱負(fù)荷大體不變4、改變前后保持槽滿率大體不變其實這些都不難理解，如果鐵心可以隨便加長，槽滿率可以任意增加，也就意味著電機(jī)的功率可以增加，過載能力自然就增加了51 張老五計算得某系列6極異步電機(jī)，功率37千瓦，槽滿率76.73%，AJ=1389.1，氣隙磁密8082，額定轉(zhuǎn)矩360，最大轉(zhuǎn)矩1023同系列8極電機(jī)，鐵心尺寸一樣，但鐵心長度多了10毫米，功率30千瓦，槽滿率78.13%，AJ=1522.4，氣隙磁密8412，額定轉(zhuǎn)矩390，最大轉(zhuǎn)矩1038從這里看，功率是下降的，這個也不必多說，轉(zhuǎn)矩有所增加，但最大轉(zhuǎn)矩增加不多，過載能力并沒有明顯增長。不過，且慢！這兩臺電機(jī)的設(shè)計點是不同的，8極電機(jī)不管是熱負(fù)荷還是磁負(fù)荷，都要明顯高不少，槽滿率也有所增加，實際上并不符合“僅僅改變極數(shù)”這樣的設(shè)定。因此，從設(shè)計點相當(dāng)?shù)那疤岢霭l(fā)，看看是一個神馬情況把8極電機(jī)的鐵心長減到同一長度，改變設(shè)計方案使熱負(fù)荷、磁負(fù)荷和槽滿率盡量相當(dāng)，得到功率25.5千瓦，槽滿率77.21%，AJ=1401.8，氣隙磁密7984，額定轉(zhuǎn)矩332，最大轉(zhuǎn)矩814可見，在同一設(shè)計點下，不但功率下降，轉(zhuǎn)矩也是下降的，最大轉(zhuǎn)矩就更不用提了52 張老五那么，我們反其道而行之，改這臺6極電機(jī)的設(shè)計參數(shù)如何？計算得到功率43千瓦，槽滿率78.41%，AJ=1509，氣隙磁密8412，都跟原來那臺8極電機(jī)非常接近，此時額定轉(zhuǎn)矩為418，最大轉(zhuǎn)矩1263?？梢?，不僅功率大，轉(zhuǎn)矩也大，最大轉(zhuǎn)矩更是完勝。曾老師，說好的過載能力呢？53 zengxiaodong只會用用上電科的計算程序是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的！永磁同步電機(jī)的一些結(jié)論是不能隨隨便便衍生到異步電機(jī)的，至少異步電機(jī)的功率因數(shù)受到了極數(shù)的很大影響，可是其根本原理是什么呢？這個問題是很有深度的哦......異步電機(jī)由于有自補償效應(yīng)，類似于裝了補償繞組的直流電機(jī)，因此，其電樞反應(yīng)的效果很弱，也就是說，異步電機(jī)的磁飽和水平在很大程度上取決于供電的電壓，而與負(fù)載大小的關(guān)系不大！54 zengxiaodong關(guān)于電機(jī)磁飽和的另外一個重大問題，是由于轉(zhuǎn)矩非線性，從而導(dǎo)致驅(qū)動控制方面的困難，也就是伺服性能的降低！如何應(yīng)對這個問題？這是一個很大的專題。55 張老五曾老師這臺電機(jī)，極數(shù)增加了以后呢，功率當(dāng)然是下降了，額定轉(zhuǎn)矩么不好說，也許增加一點，但增加得很有限，而且這個可能性也不是太大，除非原來的電機(jī)設(shè)計很差。也許下降一點，下降得也不會太多，但這個可能性要大得多。當(dāng)然了，一定要增加轉(zhuǎn)矩也不是不可能的事情，把神馬磁負(fù)荷熱負(fù)荷統(tǒng)統(tǒng)滴取到最大值，功率增加了，轉(zhuǎn)矩也增加了，要超過原來的設(shè)計，那也是分分鐘滴事情。只是我這人水平不太高，想不出增加極數(shù)這么高大上的辦法，也就是在原來的設(shè)計上，磁負(fù)荷取高點，電負(fù)荷取高點，熱負(fù)荷也取高點，一樣可以提高功率和轉(zhuǎn)矩——這辦法很靈的，一般人我不告訴他，就告訴曾老師。至于傳說中的過載能力么，功率就不必提了，轉(zhuǎn)矩嘛，呵呵，還是繼續(xù)傳說吧。（未完待續(xù)）