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开关磁阻电机设计计算
开关磁阻电机设计
(说明：红色部分是计算结果，兰色部分是输入的参数,橙色部分暂不可修改）1设计要求选定
功率（W）转速相数极对数电流线负荷603004112000最小齿宽系数长径比磁饱和度初值分齿数电压（V）
0.68750.80.91124 2能量转换系数
0.3505
3计算定子内径和铁心有效长度
气隙磁密动态转矩系数电机常数定子内径铁心有效长度
1.670.250.0118 5.43 4.3468
4励磁绕组电流计算
峰值电流（A）额定有效电流
5.2500 3.0781
5计算每相绕组匝数
等效气隙倍数定转子气隙（mm)最小/大磁比实际磁饱值每相匝数
1.250.380.2416
2.24
6定、转子齿宽计算
定子齿系数转子齿系数转子外径定子齿宽转子齿宽
0.750.6875 4.670.970.91
7绕组导线截面积计算
电流密度导线面积直径(mm)
60.51300.40
8定、转子齿高及轭高的计算
定子齿高转子齿高定、转子轭高定子槽面积槽满率
0.580.510.490.7 9转矩计算
转矩。
电机转矩计算公式电机转矩是电机运行时所发生的力，且与电机的角速度成正比，是电机性能及发动机性能的重要指标之一。
本文重点介绍电机转矩的计算公式，并结合具体的案例分析电机转矩的影响因素，最后以应用实例展示出电机转矩计算公式的重要性。
一、电机转矩电机转矩（Motor torque）是指电机在运行时，发生的转动扭矩（torque）。
电机转矩随着电机角速度（angular velocity）的变化而变化，一般与角速度成正比。
电机转矩是衡量电机性能和发动机性能的重要指标之一，它决定着发动机的功率、发电效率、负荷能力以及热耗能等。
二、电机转矩计算公式电机转矩的计算方法有多种，但最常用的是采用运动学模型进行计算，其中，最主要的计算公式为：T = K*ω其中，T为电机转矩，K为参数，ω为电机角速度。
除此之外，电机转矩也可以根据下面的公式进行计算：T = (P－P0) / w其中，P为电机的功率，P0为电机的静态功率，ω为电机的角速度。
三、影响电机转矩的因素1.度温度对电机转矩有重要影响，由于电机的绝缘材料会随温度变化而丧失绝缘能力，因此电机的转矩也会随之变化。
同时，当温度过高时，电机的结构会发生改变，从而导致转矩的降低。
2.流电流也是影响电机转矩的重要因素，电流大小决定着电机发生的磁场强度，而电机的转矩是由磁场强度和转矩系数相乘得到的，因此电流也会影响电机转矩的大小。
3.压电压也会影响电机转矩，随着电压的升高，电机的转矩也会随之增加，同时，电压过高也会导致电机的电阻变化而使得转矩也发生改变。
四、应用实例电机转矩计算公式在实际应用中有着重要的意义，例如，在机器人控制系统的设计中，电机转矩计算也是一个重要的工作，它决定了机器人在运动中所受到的外力以及运动的精度。
同时，对于大型机械设备，电机转矩也是其正常运行的重要指标，正确计算电机转矩可以确保设备的正常运行以及节约能源，实现节能减排的目标。
五、结论电机转矩是电机运行时所发生的力，且与电机的角速度成正比，是电机性能及发动机性能的重要指标之一。
电机转矩的计算公式
电机转矩是电机的一个重要参数，也是电机驱动各种机械装置的
关键因素之一。
电机转矩指的是电机在运转时所产生的力矩大小。
在
工业生产中，电机转矩的大小直接影响着设备的运转效率和质量。
电机转矩的计算公式是：T = k * φ * I，其中T表示转矩，k表示定子匝间感应系数，φ表示磁通量，I表示电流强度。
这个公式可
以让我们明确电机转矩的计算方式。
在实际应用中，电机转矩的大小和电机的特性有关。
电机特性是
指电机的转速和负载之间的关系，可以在电机的数据手册上查看。
不
同类型的电机特性不同，因此电机的转矩也会有所差异。
电机转矩的计算方法也不仅限于上述公式。
在一些特殊的情况下，也可以使用其他的计算方式。
例如，在直流电机中，电机转矩与电机的磁场和电机转子上的电
流有关。
因此，我们可以使用以下公式来计算直流电机的转矩：T = K * I * φ，其中K表示电机的电感系数。
此外，在交流电机中，电压和频率都会对电机的转矩产生影响。
因此，电机转矩的计算方式也会有所不同。
通常使用的计算公式是：T = K * V * I，其中K表示电机的系数，V表示电压，I表示电流。
需要注意的是，电机转矩的大小与电机的额定功率密切相关。
在
选择电机时，我们需要根据实际需求来合理选择电机的功率和转矩，
以确保设备的正常运转和长期使用。
总之，电机转矩是我们在电机应用和维护中不可忽视的参数之一。
了解电机转矩的计算方法和影响因素，可以帮助我们更好地选择电机，提高设备的运转效率和质量。
电机转矩计算公式
电机转矩计算公式是在设计和运行电动机系统时非常重要的一
部分，它可以帮助我们了解电动机的特性，进一步决定电机所需要的功率，并有助于正确地设计电动机系统。
首先，我们来看看电机转矩的定义。
电机转矩是指电动机在其转子旋转时产生的力矩，也就是说，当电动机在转动时，它产生的力矩都会受到电机转矩的影响。
其次，我们来介绍电机转矩计算公式，它可以用来计算出电机转矩。
电机转矩计算公式如下：T=k*I^2*R，其中T为电机转矩，K为
电动机系数，I为电流，R为电阻。
有了上面的电机转矩计算公式，我们就可以计算出电机的转矩，从而更好地了解电动机的特性，并有助于正确地设计电动机系统。
有了这些知识，我们就能够更准确地测量电动机的转矩，从而更好地控制电动机的运行。
此外，要注意电机转矩计算公式涉及到的参数，例如电动机系数K、电流I和电阻R等，这些参数对电机转矩有很大影响，因此，在
计算电机转矩时需要准确地测量这些参数，以确保计算结果的准确性。
最后，要记住的一点是，电机转矩计算公式只能用来估算电机的转矩，实际的转矩值可能会与预测值有所偏差，这就是为什么有时候需要采用实际测量的方法来确定电机转矩的原因。
总之，电机转矩计算公式是一个重要的工具，可以帮助我们更准确地了解电动机的特性，并有助于正确地设计电动机系统。
此外，要
注意使用计算公式时，要准确测量出这些参数，以确保计算结果的可靠性。
开关磁阻电动机转矩算法研究李晓光;孙会琴;薛智宏;李柯楠;薛天姿【摘要】针对开关磁阻电动机在传统控制方式下转矩出现严重波动的问题,提出了控制开关磁阻电动机的直接转矩算法,通过查询开关表选取合适的电压矢量来控制磁链大小和方向,把转矩作为直接控制量.首先,从直接转矩算法理论出发,基于Matlab/Simulink平台分别设计了直接转矩控制和电流斩波控制下的系统仿真模型;其次,在开关磁阻电动机模型和电动机负载一致的情况下,将直接转矩算法仿真结果与电流斩波算法比较;最后,通过硬件实验平台验证直接转矩算法的可行性.该研究表明,直接转矩控制下转矩脉动可以得到良好的抑制,拓宽了开关磁阻电动机的应用领域.%To solve the torque ripple problem of switched reluctance motor under the traditional control method, a direct torque control method for switched reluctance motor is proposed.Direct torque algorithm controls flux magnitude and direction by querying appropriate voltage vector in switch list.Taking torque as direct control variable can reduce the torque ripple of the motor, which broadens the application fields of switched reluctance motor.Starting with the theory of direct torque algorithm, based on MATLAB/Simulink platform, direct torque control and chopped current control system simulation model are designed.Under the condition that switched reluctance motor model and its load are consistent, it is compared with chopped current algorithm.At last, the feasibility of direct torque algorithm is verified through the platform of hardware experiments.It demonstrates that using direct torque algorithm can makethe torque ripple be controlled effectively, which provides a wider application field for the switched reluctance motor.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】7页(P594-600)【关键词】电机学;直接转矩算法;电流斩波算法;转矩波动;Matlab仿真【作者】李晓光;孙会琴;薛智宏;李柯楠;薛天姿【作者单位】河北科技大学电气工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学电气工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学电气工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学电气工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学电气工程学院,河北石家庄 050018【正文语种】中文【中图分类】TM352继交流异步电动机和直流电动机之后，随着大规模集成电子电路和开关器件的应用，开关磁阻电动机凭借着结构简单、控制灵活、坚固耐用的特点，在家用电器、交通运输、工业装备制造行业得到了迅速的发展[1]，然而由于开关磁阻电动机本身结构上的缺陷，导致开关磁阻电动机磁化曲线是非线性的[2]，因此，传统控制算法不能从本质上解决电动机的转矩波动问题[3-4]，所以提出了直接转矩算法，通过Matlab/Simulink建立了SRM模型，把直接转矩算法加到开关磁阻电动机上，通过与传统的电流斩波算法仿真的开关磁阻电动机调速系统比较，检验了直接转矩算法应用在开关磁阻电动机的可行性，直接转矩算法通过直接控制转矩能有效地增强系统的稳定性使系统的转矩波动更小。
电机转矩计算公式电机转矩是指电机在转动时产生的扭矩，它决定着电机的负载能力，是电机负载性能的重要指标，是电机的工作重要参数。
要计算电机的转矩，首先要知道它的转动惯量、转速和转矩系数。
一、电机转矩计算公式：电机转矩T=M*ω*K其中，M为电机转动惯量，ω为转速，K为转矩系数。
二、电机转动惯量M的计算：电机转动惯量M可以通过以下两种方法计算：（1）给定电机转动惯量M：如果电机转动惯量M给定，可以在产品说明书中找到，比如以kgm、gcm等单位计算的电机转动惯量M可以直接使用。
（2）由电机参数计算：电机转动惯量M可以通过电机结构参数和尺寸参数计算。
M=(ρd)/2其中ρ为电机的材料密度，d为电机的轴径，m为电机转动惯量单位。
三、电机转速计算：电机转速ω可以通过电机输入电压、输出转矩、电机转动惯量等参数计算。
ω=VCM/(KT)其中V为电压，C为转矩系数，M为电机转动惯量，K为功率系数，T为输出转矩。
四、电机转矩系数的计算：电机转矩系数C可以通过电机结构形式、转子电极数量以及内阻来计算。
C=(2*π*K)/(m*N)其中K是功率系数，m是电机转矩系数，N是转子极数。
五、电机转矩计算实例：假设一个电机，它的输入电压为220V，转动惯量M为5kgm，转子极数N为6，功率系数K为0.9。
现在要计算这台电机的转矩，需要先求解出转矩系数C和转速ω，然后再进行转矩计算。
（1）转矩系数C的计算：C=(2*π*K)/(m*N)C=（2*π*0.9）/(5*6)=0.1765（2）电机转速ω的计算：ω=VCM/(KT)由计算给出的转矩系数C求得转速ω为：ω=220V*0.1765*5kgm/(0.9*T)=274.87rad/s（3）电机转矩T的计算：T=M*ω*K由计算给出的转动惯量M和转速ω求得转矩T为：T=5kgm*274.87rad/s*0.9=1115.1Nm由以上流程，可以计算出一台电机转矩为1115.1Nm，如果实际转矩需要较大，可以改变设定的其他参数，获得较大转矩。
无轴承开关磁阻电机的转矩计算周爱民,王世山南京航空航天大学自动化学院,江苏南京(210016)摘 要 无轴承开关磁阻电机具有体积小、效率高的优点,分析了无轴承开关磁阻电机的电磁力产生的原理,用增强能量增量法推导计算了电机转矩的方程式,并使用有限元方法对电机的转矩进行了计算验证,分析了电机的转矩特性,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机设计提供了参考。
关键词 无轴承;开关磁阻电机;增强能量增量法;有限元中图分类号TM352 文献标识码A 文章编号1008-7281(2008)04-0001-04Calculation for Torque of a Bearingless S w itched ReluctanceM otorZhou A im in and W ang ShishanAbstrac t A bearing less s w itched re l u ctance m otor has t h e advantage of h i g h po w er density and h i g h effic i e ncy.The pr i n ciple of electr o m agnetic force i n beari n gless s w itched reluctance m o tor is analyzed.The equati o n ofm o tor torque is deri v ed by enhanced incre-m enta l energy m ethod and is ca lculated by finite e le m ent m e t h od,i n wh ich the torque characteristics are analyzed.The area of curren t that can ensure steady operati o n o fm otor is g iven,wh ich can prov i d e the reference fo r m otor design.Key words Beari n g less;s w itched reluctance m oto r;enhanced incre m en tal energy m ethod;fi n ite ele m entm ethod0 引言近年来随着无轴承技术的逐步成熟,无轴承电机发展迅速,将无轴承技术应用于开关磁阻电机,便形成了无轴承开关磁阻电机(BSRM)。
无轴承开关磁阻电机的研究最初始于日本学者,他们的工作主要集中于建立BSRM的解析模型和控制方法。
我国南京航空航天大学航空电源研究所也对BSR M进行了研究[1,2]。
无轴承开关磁阻电机不仅拓展了无轴承电机的理论和应用范围,充分发挥了开关磁阻电机自身的高速适应性,也因为其对转子径向位置的有效控制而有望改善因不对称磁拉力造成的振动和噪声问题,而且无轴承开关磁阻电机具有功率密度大、体积小、效率高等优点,适合用作航空高速、超高速发动机,合乎未来全电飞机强生命力、低维修的发展方向的要求[3]。
无轴承开关磁阻电机的机械结构虽然与普通的开关磁阻电机相似,但由于无轴承开关磁阻电机磁场是在普通开关磁阻电机定子绕组上叠加了产生径向力的悬浮绕组,并对其电流加以合理控制,使径向悬浮力绕组产生的磁场和电机定子绕组产生的磁场合成一个整体,因而电机的转动和悬浮之间存在强耦合,因此无轴承开关磁阻电机是一个相对于普通开关磁阻电机更为复杂的非线性系统,其转矩的产生也更为复杂。
本文以一台BSR M12/87.5k W电机为例,在论述无轴承开关磁阻电机定转子结构与运行原理的基础上,运用增强能量增量法推导了求解电机转矩的方程式,并借助ANSYS软件计算磁场分析电磁转矩结果,对所提出方法的计算精度进行了验证,并得出一些有益的结论。
1 电机绕组结构与电磁力产生原理图1为12/8极无轴承开关磁阻电动机的A相绕组结构。
由图1可以看出:转矩绕组N ma 由4极串联而成,定子极A1、A3和A2、A4上分别叠加了径向悬浮力绕组N sa1和N sa2,每套悬浮力绕组由径向相对的两极串联而成。
这样对于一个磁悬浮开关磁阻电动机每相均有3套绕组,1套转矩绕组N ma和对应的2套径向悬浮力绕组N s1、N s2,每套绕组单独施加控制电流。
图1中直角坐标X和Y指示N sa1和N sa2绕组产生磁通势的方向,当分析A相绕组时,假设坐1标系是基于A 相集中绕组,所以用a 1和a 2表示,以此类推,当分析B 相和C 相时分别用b 1、b 2和c 1、c 2表示。
B 相和C 相绕组分别位于A 相旋转方向的1/3处和2/3处。
由于转子极数为8,则绕组电感曲线的周期为T =360 /8=45 ,即三相绕组导通宽度必须大于等于15 才能保证任何时刻至少有一相绕组在工作;但若导通宽度大于15 ,则必会在某些时刻有两相同时工作,虽可增大悬浮力,但会带来负转矩,增加负面效应。
所以本文选三相15 激励一次。
转子角位置 定义为A 相定子齿和转子齿对齐时为 =0 ,以转子旋转方向为正。
在图1中,转子角为10。
图1 无轴承开关磁阻电动机绕组结构示意图图2表明了磁悬浮开关磁阻电动机径向力产生的机理。
当电动机旋转力绕组励磁后将会产生4极对称主磁通,设产生的磁通为 m ,磁力线如图2中粗实线所示,如果N sa 1和N s a 2绕组中没有电流流过,由N ma 产生的4极磁通是对称的,在每个方向上产生的径向力均相互抵消。
当N sa 1绕组励磁后,产生两极磁通,设产生的磁通 s 1如图2虚线所示,这样气隙1处和2处的磁通就不再相等,气隙1处的磁通增加为 m + s 1,而气隙2处的磁通减少为 m - s 1,不平衡的气隙磁通导致产生的径向力使转轴朝X 方向也就是a 1正方向运动,如果N s a 1施加反方向的电流,那么径向力的作用将使转轴朝a 1的负方向移动。
同理,N sa 2绕组中的电流将产生沿Y 轴也就是a 2方向的径向力,由此在开关磁阻电动机转矩励磁磁通的基础上,通过控制N s a 1、N s a 2绕组中的电流就可以控制径向力的大小和方向,从而产生连续可控的径向力。
不考虑磁饱和因数的影响,转子与定子齿对齿时产生的径向力为最大,当转子旋转偏离中心位置后由于磁阻增大产生的径向力逐渐减小,当齿对槽时径向力最小。
同样,此原理可用于B相和C 相。
图2 径向力产生的原理图2 增强能量增量法计算转矩的原理设由电机绕组组成的n 个非线性磁场系统,其电流分别为i 1,i 2, ,i k , ,i n ,各回路产生的感应电动势分别为u 1,u 2, ,u k , ,u n 。
则整个系统的磁场能量[4]W m 为W m = nk =1i k u k d t = nk=1 nj=1i k L d ,kj d i j= nk =1L d ,kkd (i 2k )2+ n k=1 nj=1j kL d ,kj d (i k i j )(1)其中,L d,kj 为回路k 和j 之间的 动态电感 (k =j 时为回路的自感,k j 时为互感)。
当回路k 电流有电流 扰动 i k 时,则工作电流i k 0变为 i k =i k 0+ i k(2)结合式(1)和式(2),由回路电流变化引起的磁场变化为 W m= nk =1L d ,kk i 2k -i 2k 02+ n k =1 nj =1L d,kj (i k i j -i k 0i j 0)= n k =1L d ,kk( i k )2+2i k 0( i k )2+ n k =1 nj =1L d,kj [( i k )i j 0+i k 0( i j )+( i k )( i j )](3)当各回路电流按式(2)规律变化时,将引起各点磁感应强度B 和磁场强度H 变化B =B 0+ B,H =H 0+ H,H =v d BH = nk =1( H k ), B = nk =1( B k ), H k =v d ( B k )(4)2式中,B0、H0 工作点处的磁感应强度和磁场强度; B、 H 各回路电流 扰动 后的变化量;B k、 H k 回路k引起的磁感应强度和磁场强度的变化量。
根据非线性磁性材料的B-H曲线,系统磁场能量的变化为W m= H d B d V= (H0+ H)( B)d V= n k=1H0( B k)+ n k=1 n j=1( B k)( H j)2d V(5)考虑到( B k)( H j)=( B j)( H k),式(5)可改写为W m= n k=1H0( B k)+ n k=1( B k)( H k)2d V+n k=1 n j=1k j( B k)( H j)d V(6)对比式(3)和式(6)的二次 扰动 项,得Ld,kj ( ik)( ij)= ( H k)( B j)d V(7)由此得k回路和j回路的动态电感为Ld,kj= ( H k)( B j)d V/( i k)( i j)(8)同理回路k与j之间的静态电感L s,kj为L s,kj= B j( H j)d V ki j0 i j(9)而动态电感与静态电感的关系为L d,kj=L s,kj+ np=1i pL s,kpi j(10)因而可求出电机电感矩阵L,即L=L ma M ma,sa1M ma,sa2M ma,sa1L s a1M ma,sa2M ma,sa2M ma,sa1L sa2(11)W a=12[i m a i sa1i s a2] Li m ai s a1i s a2=12[L ma i2ma+2M(ma,s a1)i m a i sa1+2M(ma,sa2)i m a i s a2+L s a1i2s a1+L s a2i2s a2](12)式中,W a A相绕组储存的磁能;i m a 转矩绕组N ma中的电流;i sa1 径向力绕组N sa1中的电流;i sa2 径向力绕组N sa2中的电流。
根据机电能量转换原理,作用在转子上的电磁转矩可由磁场储能W a对 求偏导得到T a=W a=A( )(2N2m i2ma+N2b i2sa1+N2b i2sa2)(13)式中的转矩系数A( )是转子位置角 和电机参数的函数[6],因此可求得A相绕组导通时的电磁转矩,同理可求B相绕组和C相绕组的转矩。
3 有限元仿真验算3.1 有限元建模在图1所示电机结构中,存在源电流区域,因此对BSRM磁场进行有限元计算时必须采用矢量磁位来求解,样机的主要参数如表1,根据BSR M 的特点,作如下假设:(1)忽略电机绕组边缘效应,电机的磁场分布可以近似为平行平面场;(2)电机外部磁场忽略不计,定子外表面圆周和转子内表面圆周为零矢量位面;(3)忽略涡流损耗。
