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  • 永磁直流电机换向偏转角优化与选配方法研究
  • 更新时间：2022/06/27  来源：  点击数：5938
    • 成果名称： 永磁直流电机换向偏转角优化与选配方法研究
    登记日期： 2022/6/24
    完成单位： 揭阳市汇宝昌电器有限公司,华南理工大学
    完成人员： 谢佳娜,刘桂雄,谢振宇,陈敏生,黄建川
    研究起止日期： 2019-01-01至2022-05-30
    主要应用行业： 制造业
    高新技术领域： 先进制造
    评价单位： 广东省测量控制技术与装备应用促进会、广州市仪器仪表学会
    评价日期： 2022-06-08
    成果简介： 研究内容划分成包括以下4方面内容：PMDC动态工况建模(虚框①)、换向偏转角调整试验优化技术(虚框②)、基于有限元软件仿真的换向偏转角优化技术(虚框③)、换向偏转角优化选配应用技术(虚框④)。
    (1) PMDC动态工况建模技术
    PMDC动态工况建模技术包括PMDC动态工作模型建立、带有换向偏转角调整的PMDC动态工作模型。
    PMDC动态工作模型建立，经典PMDC工作模型通常忽略电机转子齿槽效应、换向过程带来影响，描述电机处于稳态工作下数值反应。在实际工作中，齿槽效应导致电机输出转矩波动，会一定程度给电机带来振动；PMDC采用电刷换向器改变电枢电流方向，电刷与换向器通断过程的电流变化，引起电枢电流波动，对电机端电路形成电磁脉冲干扰，而偏转角调整能够在一定程度上改善上述问题，这需对PMDC经典工作模型按动态建模进行描述。
    带有换向偏转角调整的PMDC动态工作模型，为进一步研究换向偏转角调整对PMDC影响，需对PMDC动态工作模型加入换向偏转角调整因子，求得带有换向偏转角调整的PMDC动态工作模型。考虑 影响 、 、 下PMDC动态工作模型，就是带有换向偏转角调整的PMDC动态工作模型。透过带有换向偏转角调整的PMDC动态工作模型，可得到如下结论：
    i 换向偏转角 调整，主要对 、 、 产生影响；
    ii  变化，直接反映 变化， 与 、 共同决定PMDC电枢回路状态， 发生改变，故有 变化， 变化；
    iii 电枢回路参数反电动势 是 函数， 是 、 、 等机械特性参数函数，这些均是平衡PMDC电能与机械能转换重要参数，综合反映了PMDC的能量转换效率 。
    (2) 换向偏转角调整试验优化技术
    换向偏转角调整试验优化技术，包括换向偏转角调整试验优化方法、换向偏转角调整PMDC试验装置。
    换向偏转角调整试验优化方法控制电机换向器的偏转角度，使电机换向器相对于电机铁心绕电机转轴旋转一定角度；设计i组偏转角度不同的高速永磁电机，并施加额定工作电压进行空载试验，得到不同偏转角度高速永磁电机在空载实验中的工作转速和工作电流；根据试验测试数据计算不同偏转角度高速永磁电机的最大工作力矩；比较不同偏转角度与转速，确定高速永磁电机换向器的最优偏转角度方案。优化调整了高速永磁电机铁心磁场的变化周期节点，减少了因磁滞效应而造成永磁体磁场对铁心转动的影响，缓解了电机的转矩波动，同时可进一步提高高速永磁电机的转速。
    换向偏转角调整PMDC试验装置由上位机、均压箱、数控直流电源、数控阀门、气体流量计、数字真空计及待测电机组成。基于LabVIEW软件平台进行开发测试软件，搭配NI VISA串行通信组件，实现上位机软件与连接至串行总线的设备的通讯。实现换向偏转角调整PMDC性能测试，同时还可检测其使用寿命。
    (3) 基于有限元软件仿真的换向偏转角优化技术
    基于有限元软件仿真的换向偏转角优化技术包括基于RMxprt换向偏转角调整PMDC性能影响仿真、基于Maxwell换向偏转角调整PMDC性能影响仿真。
    基于RMxprt换向偏转角调整PMDC性能影响仿真，基于RMxprt探究换向偏转角 与PMDC额定转速 、工作电流 、齿槽转矩 、能量转化效率 的关系，总结出 影响规律。并以本公司大批量生产电机为主要仿真研究对象，使研究结论与实际结合。
    基于Maxwell换向偏转角调整PMDC性能影响仿真，基于RMxprt计算结果，通过Maxwell探究换向偏转角 对PMDC旋转周期内输出电压电流骚扰、动态转矩等动态性能参数影响。
    通过仿真软件获得换向偏转角影响规律，且量化了换向偏转角调整过程对电机性能的影响程度。
    (4) 换向偏转角优化选配应用技术
    换向偏转角优化选配应用技术包括基于正交设计的PMDC转速定制需求选配技术、基于正交设计的降低PMDC电磁骚扰选配优化技术、基于正交设计的PMDC齿槽转矩选配优化技术。
    基于有限转子叠片类型R-Type、铜线直径 ，叠片数量 、绕组匝数 ，分别阐述3种换向偏转角优化选配技术。
    基于正交设计的PMDC转速定制需求选配技术，为减少PMDC转速定制选配试验次数，可采用正交试验缩小试验范围，并通过对试验方案统计分析，找出最接近转速需求选配方案，最后结合 调整进一步优化逼近转速需求。
    基于正交设计的降低PMDC电磁骚扰选配优化技术，通过正交设计缩小试验范围，得到电流峰峰值最小的选配组合，再基于换向偏转角调整对电流峰峰值的影响特性，通过换向偏转角仿真，找出电流峰峰值最小的调整角度，进一步降低PMDC电流峰峰值，减少电磁骚扰。
    基于正交设计的PMDC齿槽转矩选配优化技术，通过正交设计缩小试验范围，得到齿槽转矩最小的选配组合，再基于换向偏转角调整对齿槽转矩的影响特性，通过换向偏转角仿真，找出齿槽转矩最小的调整角度，进一步降低PMDC齿槽转矩。

     

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