同步电机之关于永磁无刷直流电动机的运行特性

1．机械特性

机械特性是指转矩和转速n ( r / min）关系曲线，由式（8一11）可得永磁无刷直流电动机的机械特性：

    可见无刷直流电动机和有刷直流电动机的机械特性表达式完全相同，如图8一10中曲线l所示，但由于公式（8一11）是在忽略电枢反应时所得，所以与实际情况有一定差别。如不忽略电枢绕组电感作用时，机械特性曲线则介于上述两者之间，如曲线2所示。

    当永磁无刷直流电动机采用不同转子结构，电感与电阻对机械特性有不同影响。当转子永磁体采用切向结构时，电动机电感较大，机械特性软，如曲线3所示；当转子永磁体采用径向结构时，电动机电感小，机械特性硬，如曲线1 。图中低速大转矩时曲线产生弯曲，主要是开关器件的电流较大，管压降△ U增加快，使电动机电枢绕组上电压下降，转速进一步降低，从而使机械特性下弯。

2．工作特性

工作特性是指电枢电流、电动机效率与输出转矩之间的关系，此关系如图8一11所示。

    从效率特性可以看出，小功率无刷永磁直流电动机高效率段较宽，即输出转矩几在较大范围内变化都可以达到高效率，这主要是因为主磁通受电枢反应影响较小，故当电动机负载增加时，电枢电流增加相对小，铜耗就小，所以最大效率点下降较慢。这个特点特别适合于变负载的场合。

3．调节特性

根据式（8一10）、式（8一11）、式（8一14）可分别求得调节特性的初始电压U 。和斜率K。

    永磁无刷直流电动机调节特性曲线如图8一12所示。由机械特性和调节特性可见无刷永磁直流电动机和有刷直流电动机一样具有良好的控制性能，可以通过改变电压实现压无级调速，但不能改变磁通来实现调速。

8 . 4永磁无刷直流电动机的转矩脉动

转矩脉动是无刷电动机在低速运行时的一项十分重要的性能指标，很多高性能的伺服系统中对电动机低速运行时，转矩脉动都有严格的要求，所以必须了解转矩脉动产生的原因并加以抑制，这是无刷永磁直流电动机设计必须重视的问题。低速转矩脉动按产生的原因可分为电磁原因、电子换向原因、机械加工工艺等原因。

8 . 4 . 1电磁因素引起的转矩脉动

电磁因素所引起的转矩脉动主要可归纳以下几方面的原因：

1．磁极形状

当定子电流和转子磁场相互作用而产生的转矩脉动，它主要与气隙磁感应强度分布和电流波形及绕组形式有关。分析表明，对矩形波电动机，当极弧宽度增加时，电磁转矩增加、转矩脉动减小，当极弧宽度达到二时，电动机出力最大、转矩脉动为零。但实际电动机极弧的宽度不可能完全达到180 。电角度，应尽可能提高极弧系数为好。

2．电枢反应

电枢反应使气隙磁场发生畸变，改变永磁体空载时，气隙磁感应强度分布波形，并使前极尖加强、后极尖削弱，该畸变的磁场与定子通电绕组相互作用，使电磁转矩随定转子相对位置变化而脉动。同时，在任一磁极状态下，相对静止的电枢反应磁场与连续旋转的转子主极磁场相互作用，而产生的电磁转矩因转子位置不同而发生变化。为减少上述原因引起的转矩脉动，电动机应选择瓦片形永磁体径向结构，并适当增大气隙，同时在电磁设计时，应使电动机空载充分饱和。

3．齿槽效应

由于齿槽存在引起每极下磁阻发生变化，所以也称磁阻转矩。减少齿槽转矩脉动，尽量采用定子斜槽，增大气隙长度和采用分数槽，消除齿槽效应的最好办法是采用无槽结构。

8 . 4 . 2电子换相引起的转矩脉动

无刷直流电动机每经过一个磁状态，定子绕组中电流就要进行一次换相，每一次换相电动机中的电流就要从一相转移到另一相，这种电流从一相转移到另一相的变化会对电磁转矩产生一定的影响，这种相电流换相也是引起转矩脉动的重要原因。

    分析表明换相转矩脉动主要决定于绕组反电动势，也就是电动机的转速，而与电枢稳态电流无关。对于两相导通三相六状态矩形波无刷永磁直流电动机：当转矩很低或堵转时，转矩脉动;当转速很高时，转矩脉动△ T二一50 % ;当转速满足。时，。对于相电流换相引起的转矩脉动可以采用重叠换相法来抑制。