什麼是電機的轉矩脈動?轉矩脈動對電機運行有何影響?

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什麼是電機的轉矩脈動?轉矩脈動對電機運行有何影響?

眾所周知,家用電器洗衣機、風扇等用的電機,它不足之處就是有轉矩脈動。此電機就是永磁無刷直流電機,不僅具有良好的動靜態性能指標及運行效率高調速性能,還具有體積小、重量輕、輸出力矩大等優點。永磁無刷直流電機不只是在家電的應用,還在工業、農業、軍工業等領域有著廣泛的應用。

永磁無刷直流電機的一項很重要的特性就是轉矩特性,最為主要的還是電機產生的平均轉矩大小及轉矩平穩性。由於無刷直流電機轉矩產生的機理不同,主要有齒槽轉矩與紋波轉矩。

齒槽轉矩;由於永磁無刷直流電機的齒槽和轉子的永磁體磁鋼相互作用產生的轉矩,其隨空間位置變化而呈週期性變化。齒槽轉矩總是試圖將電機的轉子定在某個位置。

齒槽轉矩是永磁無刷直流電機的固有特性。當永磁無刷直流電機在低速運行時,齒槽轉矩將明顯引起速度波動,從而產生噪聲與振動。

紋波轉矩;由於永磁無刷直流電機定子電流產生的磁動勢和轉子永磁磁通相互作用產生的轉矩,其又分磁阻轉矩和電磁轉矩。磁阻轉矩;由於電機轉子轉動引起的磁阻變化和定子電流產生的磁阻相互作用產生的轉矩。電磁轉矩;由於電機的定子電流產生的磁動勢和永磁磁通相互作用產生的轉矩。因為永磁無刷直流電機永磁體的磁導率和空氣基本相等,而且轉子磁阻不隨轉子位置變化而變化,所以永磁無刷直流電機的磁阻轉矩是可以忽略不計的。

轉矩脈動對電機運行有何影響?

由於齒槽轉矩脈動是永磁無刷直流電機的固有特性,也是它的缺陷。因此該缺陷會引起電機的轉速波動、噪聲、機械振動,於是限制了電機在高精度位置以及速度控制系統等一些方面的應用。


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什麼是電機的轉矩脈動?轉矩脈動對電機運行有何影響?

答;電機的轉矩脈動就是額定轉矩到最大轉矩時與轉差率之間變化的比值;見下圖所示


所謂轉矩分為;

(1)額定轉矩。在額定電壓、額定頻率、額定負載下,三相異步電動機轉軸上產生的電磁轉矩稱為異步電動機的額定轉矩。額定功率相同的三相異步電動機,轉矩與轉速成反比,轉速越低,轉矩就越大;又由於轉速與磁極數成反比,所以,定子繞組的極數越多,轉速就越低,轉矩也就越大。

三相異步電動機轉矩的大小與旋轉磁場的磁通、轉子電流的有功分量成正比,與外加電壓的平方成正比,所以當外加電壓變化時,三相異步電動機的電磁轉矩就會有很大的變化。例如,電源電壓降低到額定電壓的70%時,電磁轉矩僅為額定轉矩的49%。由於存在這一特性,因此應特別注意防止三相異步電動機在啟動和運行中電壓過低、轉矩大幅度下降而造成三相異步電動機燒燬的現象。額定轉矩可由額定功率和額定轉速計算出來,如下式;Tm=Pn×10³/(2π/60nN)=9550×Pn/nN (N.m);式中Pn為額定功率(KW);nN為額定轉速(r/min)。

(2)啟動轉矩。在額定電壓下,三相異步電動機剛啟動時所輸出的電磁轉矩稱為啟動轉矩(又稱堵轉轉矩),它是衡量三相異步電動機啟動性能的重要技術指標之一。啟動轉矩一般都用它與額定轉矩的倍數來表示,常用三相異步電動機的啟動轉矩為額定轉矩的1.0~2.2倍。

啟動轉矩大,則三相異步電動機的加速度大,啟動過程短,同時說明帶重負載啟動的能力強。所以啟動轉矩大,啟動性能就好。反之,若啟動轉矩小,則三相異步電動機不易啟動或啟動時間長,如果啟動轉矩小於負載轉矩,三相異步電動機就不能啟動。所以,三相異步電動機的啟動轉矩不能小於一定的範圍。

(3)最大轉矩。三相異步電動機從啟動到正常運行的過程中,電磁轉矩是不斷變化的,其中有一個最大值,稱為最大轉矩,它是衡量三相異步電動機短時過載能力和運行穩定性的-個重要指標。最大轉矩一般也用它 與額定轉矩的倍數來表示,常用三相異步電動機的最大轉矩為額定轉矩的1.7~2.5倍。

如果三相異步電動機在帶負載運行的過程中發生了短時過載現象,當最大轉矩小於負載的阻轉矩時,三相異步電動機便會停轉,發生所謂“悶車”現象。此時,三相異步電動機定子繞組電流將劇增,功率損耗加大,定子繞組過熱,甚至會燒燬電動機。故三相異步電動機的過載能力不能小於定的範圍。

簡單地說電機轉矩脈動太大,其拖動機械負載能量的穩定性就低。

以上為個人觀點,僅供提問者和頭條上有類似需要了解的閱讀者們參考。

知足常樂2019.3.30日於上海


知足常樂98954541


首先要知道電機工作的原理,電機由轉子與定子組成。轉子的磁場與定子的磁場相互作用,形成旋轉的動力。由於轉子與定子繞組的齒槽是不連續的,總有間距存在,那麼磁場分佈也是不連續的,轉子與定子齒槽對齊的時候,磁場力量最大,當磁場旋轉的時候,二者齒槽會經歷對齊一一錯開一一對齊的過程,如果繞組的電流是交流電,那麼電流的強弱也會發生週期性變化,因此,這二個因素都會導致電機的脈動現象。

以上是電機本身的原理導致了脈動現象,可以通過增加繞組對,提高供電頻率等方法來降低脈動現象。

另外,電機的外部負載不均衡,也會導致電機運行中脈動現象。特別是在負載阻力與電機出力相當的情況下,更容易出現爬行現象,也就是脈動。


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轉矩脈動就是在電機轉動的過程中,瞬時輸出力矩隨時間不斷變化,但是卻圍繞某一平均值上下變動;其次,如果轉矩脈動大的話,拖動負載,其穩定性就低。簡單的說,如果抖動很大,電機能耗就會增加。


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