对永磁直流力矩电机并联使用的评价

1、中图分类号:T M35916文献标识码:A 文章编号:100126848(2007022*对永磁直流力矩电机并联使用的评价张文海,胡伯承,徐丽(成都精密电机厂,成都610500收稿日期:2006211209生产实践中,有将两台同型号规格的分装式永磁直流力矩电机并联通电驱动同一负载。这种使用方法优劣如何?本文对此作一评价。1并联使用有何优点?直流电动机在相同体积、相同极数、相同磁通密度、相同电枢电流条件下,电机的电磁转矩与电枢直径成正比,也就是说,在其他条件不变的情况下,转矩,故直流力矩电动机大都作成扁平状,以此获得大的堵转转矩。但是直流电动机的空载转速与电枢半径成反比,即永磁直流力矩电机不可能

2、二者兼顾。要获得大的堵转转矩,就只能获得低的空载转速,不可能既要获得大的堵转转矩,又要获得较高的空载转速。这一矛盾可不可以解决?可以。解决的方法就是将两台同型号规格的永磁直流力矩电机并联使用,这样,就可以在原堵转电压不变的情况下,堵转转矩增大原电机的1倍(堵转电流亦增大1倍,而空载转速仍保持原电机的空载转速,不会因增大堵转转矩而降低原电机的空载转速。这就是永磁直流力矩电机并联使用的主要优点。除此之外,因外经增加还可节约空间径向尺寸,对电机安装有利。下面是一种永磁直流力矩电动机(型号:J110LY X021单台使用和两台并联使用的实际测试记录。电机相关数据为:空载电压70V;空载转速1550r/

3、m in;连续堵转电流415A;连续堵转转矩115N m;峰值堵转电流20A;峰值堵转转矩615N m 。两台并联相关数据为:空载电压70V;空载转速1550r/m in;连续堵转电流9A;连续堵转转矩3N m;峰值堵转电流40A;峰值堵转转矩13N m 。实测结果如表1。表1实测结果电机状况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单台1#7015831150910316151240141236817从表中可以看出,1#、2#两台电机并联后,同样在空载电压70V 条件下,空载转速n 0=1583r/

4、m in,与单台空载转速几乎不变。但峰值堵转转矩与连续堵转转矩在同样堵转电压下均大了1倍,优点显而易见。2并联法能增大永磁直流力矩电机的堵转转矩而不降低空载转速。那么,有无其他方法达到同样目的?有,按照直流电动机转矩公式T =D I LB /2,在电枢同样外径、同样电流、同样气隙磁密、同样极数条件下,增长电枢铁心长度L 仍可成比例地增大堵转转矩。为此可专门设计一种加长铁心的电机,提高电源电压1倍,便可达到并联同样目的,且发热比并联法更好。因为在永磁直流力矩电机设计中,反电势系数K e =K N 1DLB19(V /r m in -1。式中,K 为电枢槽数;N 1为元件匝数,为极弧系数;D 为电

5、枢直径(m ;L 为电枢铁心长度(m ,B 为气隙磁密(T 。从反电势系数公式中可以看出,L 增长1倍,K e 必然增大1倍,若电机电源电压不变,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不变,只有将电机电压U 0增大1倍,这就是加长L 要提高电源电压的原因。再看堵转转矩公式T k =9155K e I K ,铁心L 增长1倍,必将引起反电势系数K e 增大1倍,在保持原堵转电流I K 不变的情况下,堵转转矩T K 也必18对永磁直流力矩电机并联使用的评价张文海胡伯承徐 丽然增大1倍。故采用加长电枢铁心长度,提高电机电源电压的方法,同样可得到项一的优点,而且发热

6、比两台电机并联更好。但该法有一严重缺点,电源电压U 0增高1倍,片向电压也会增高1倍,由此而产生电位差火花。因片间电压U k =U 02P /K 。式中,U k 为片间电压;U 0为电机电源电压;K为换向片数;P 为磁极对数。铁心加长1倍,电源电压提高1倍,公式中的P 和K 不变,片间电压U k 自然增大1倍。当然,少数电机片间电压本来不高,增大1倍也在电位差火花规定的安全电压之内,故这种电机采用加长铁心,提高电源电压来增大堵转转矩而不降低空载转速是优于并联方法的。但大部分电机片间电压增高1倍会超出电位差火花安全电压之外,故此仍以并联使用为好。3单台使用与并联使用,电机运行中内部参数变化是否一

7、样?它对电机有何影响?不一样。电机制造中,虽然是同一种电机,但每台电机反电势系数的结构参数,如电枢电阻、机电时间常数、反电势系数、空载转速等并不完全相等。这种差异的存在,对于单台电机运行来说,不会造成影响,而对于两台电机并联运行来说,堵转时就会造成负载分配不均的现象,由此造成并联时每台电机发热均比单台电机运行严重,温升增高。如前述J110LYX021,1#、2#2台电机,70V 空载运行时,1#电机T 0=0171A,2#电机I 0=0175A 。1#、2#电机并联运行后,总空载电流I 0=115A,分电流后1#电机I 01=0161A,2#电机I 02=0189A 。可以看出,并联前,2台电

8、机空载电流近似相等;并联后,2台电机的空载电流形成了较大差异。9A 堵转时,2台电机的堵转电流分配也有一定差异,1台堵转电流为4145A ,1台堵转电流为5155A ,二者相加为9A 。这种并联负载分配不均,有弊无利。但会不会造成电机烧毁?回答是不会,只是比单台运行时温升略有升高。其原因是,并联中的两台电机,运行中电枢电阻通电发热能自动不断进行负载平衡。假定电机初始运行时,1#电机负载大,2#电机负载小。1#电机负载大,负载电流则大,电枢电阻发热增大变快,电枢电阻增大后,电枢电流随之减小,输出转矩减小,由此将原来的部分负载转移到2#电机上,实现自动平衡。过一段时间,若2#电机负载变大,1#电机

9、负载变小。2#电机的发热变化过程与初始1#电机发热变化过程一样,最后造成2#电机电枢电阻增大,电枢电流减小,输出转矩减小,又将部分负载转移到1#电机上。因1#电机部分负载转移后,电枢电流减小,电枢电阻因发热减小而减小,电枢电流会随之而增大,输出转矩增大,承担2#电机转移的部分负载。如此达到自动平衡负载的目的,所以不会造成电机烧毁。但可以从中看出,在自动平衡负载过程中,两台电机均有短时超载现象,所以两台电机并联运行,比单台同功率运行发热要大一点,温升要高一点。但这样能追求到大转矩、高转速的优越性能指标,温升虽然高点,而仍在允许范围之内,也是值得推广的。4两台永磁直流力矩电机并联使用,能得到大转矩

10、、高转速,但安装很不方便。有无专门生产的并联分装式永磁直流力矩电机供应?有。成都精密电机厂应用户需要,专门开发了一种并联一体的分装式高速力矩电机,型号为J110LYX023。它是将前述J110LYX021电机的两个电极和两个定子分别组合成一体,成为一台新型电机。并联电机J110LYX023与单台电机J110LYX021相比,电机外径不变,只轴向长度增长1倍,在电源电压不变的情况下,力能指标却可以增大1倍,空载转速却可以不变。使用这种电机的不同之处在于,要使力能指标增大1倍,电极电流必须增大1倍,否则电流上不去。另外,这种并联电机空载时,无论单台运行或并联运行,空载电流大小均一样,近似等于非并联单台运行空载电流的2倍。因直流电动机的空载电流,几乎全由铁耗产生。故并联力矩电机,无论单台或