外转子无刷直流电机结构的确定

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3.1  外转子无刷直流电机结构的确定
1．电机结构的确定
本文根据某用户给出的额定值和技术指标要求，本文设计了一台三相、200千瓦、28极、42槽外转子永磁无刷直流电动机。其结构图如图3-1所示。 根据轧钢辊道驱动电机的特点，采用外转子结构的优点有：可以使得动力控制由机械接触式变为传导线的软连接，使得驱动系统和整机装置整合归一，增大了可利用空间，从而能提高传动效率；整机装置设计和布置的自由度大大增加；各个辊子扭矩可独立控制，正反转灵活，响应快速，瞬时动力性能更加优越，显著地提高了辊道电机适应恶劣工作环境的能力；容易实现电机的电气控制、机电复合制动，有效节约能源；根据用户给出的数据，采用外转子也使电机更易于安装。 因此，电机采用外转子结构。外转子上只有永磁体，N极和S极错开放置，而不设置绕组。内定子上放置电枢绕组，其中电枢绕
3-1电机的截面图 华南理工大学硕士学位论文
组分为A、B、C三相，绕组连接形式为整距集中式，星型连接，每隔两个齿缠绕同一相绕组，为三相星形桥式六状态电路。通过控制电路来控制晶闸管的开与关，以完成绕组电流的换向。绕组由于在内定子上，所以端部较短，节省了铜的用量。转子机壳的材料为铸钢，定子铁心由硅钢片叠压而成。考虑到涡流损耗、磁滞损耗等因素，本文中定子铁心材料选为DW540-50号的硅钢片，厚度为0.5mm。在频率为50HZ、峰值为1.5T的正弦波形磁感应强度作用下，该型号硅钢片单位重量下的铁损值为2.7W/kg。
2．极数、相数和槽数的确定
选择极数应综合考虑运行性能和经济指标。设计电动机时，有时要选取几种极数进行方案的比较，才能确定合适的极数。由磁通量公式可知，在转子外径、长度和气隙磁感应强度确定后，沿定子圆周的总磁通为一定值。增加极对数 P，可减少每极磁通，定子轭及机座的截面积可相应减小，从而减少电动机的用铁量；定子绕组的端接部分将随极数的增加（即极距减小）而缩短，在同样的电流密度下，绕组用铜量也将减小；磁极增多后，定子绕组电感相应减少，这将有利于电子器件的换相。总的来说，增加极数可以节约原材料和缩小电动机外形。同时，当增加极数后，制造工时也相应地增加了；随着极对数的增加，考虑到极漏磁不能太大，极弧系数要减小，从而使电动机原材料的利用率变差；增加极对数后，在同样的转速下，电子器件的换相次数增加，从而增加了电子器件的换相损耗。在同样的转速下，定子绕组的交变频率将随极数的增加而增加，因而齿的铁损耗随极数的增加而增大，而定子轭的铁损耗则增加很少，因为铁轭的重量反比于极数而下降；当电流密度不变时，定子绕组中的铜耗随极数的增加而降低。一般说来，电动机效率随极数的增加而有所下降。