【电机特性】对转矩和转速的考量
EV技研
公众号EV技研作者19002019/07/01 电动汽车 IP:北京

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产生的转矩

转矩是用来表示电机的转动性能的参数,是产生转动的力的力矩(力× 转动半径)。这里所说的“力”,就是前面提到的洛伦兹力。也就是说,电机的转矩来源于洛伦兹力。接下来,我们引入洛伦兹力方程来表示转矩。作为转矩来源的电磁力:

电磁力F =磁通密度B×导体长度l×(电流I×sinθ)

导体单位长度上的力F′=磁通密度B×(电流I×sinθ)

与前面的公式有些不同,“ 电流I ” 变成了“I×sinθ”线圈与磁场的位置关系,如果遵循弗莱明左手定则,保持并固定在90°,则得到F′ = B×I。

如果导体与磁场的角度为θ,那么导体看起来就变短了,它的实际有效长度是l×sinθ。前面公式中,括号里是电流I,而不是导体长度l。的确,I 和l 长得很像,很容易混淆。这个公式中只有乘法计算,因此,括号放在式中任何位置都不影响结果,“I×sinθ”代表什么意义呢?这就是重点!


 探究电流与θ 的关系


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图1


图1 是关于弗莱明定则的更严谨的说明。我们用矢量的概念来解释三维空间中力之间的关系。这里的角度ϕd 与前面提到的θ 是相同的。实际上,当θ 为90°时,线圈中流过的电流都会产生电磁力;当θ 为0°时,电流方向与磁场方向平行,电磁力为0。如图1所示,电流方向与磁场方向的角度都在θ 0°~90°的坐标轴范围内。也就是说,电流是由产生电磁力的电流分量Iq和不产生电磁力的励磁电流Id 两部分组成的。这一概念,实际上是矢量控制的基础。


对电机转矩的考量

转矩是电机的重要参数。如前所述,转矩T 是由电磁力F 在转动半径r 上产生的,用“F×r”表示。对于同一电机,r 是相同的。所以,这里将转矩等同于电磁力F 来讲解(暂不考虑严谨性)。永磁体的磁通密度是不变的,而电流产生的磁通密度是变化的,进而转矩也是变化的。电流增大时,磁通密度变大,转矩增大。相反,如果电流保持不变,则永磁体的磁通密度越大,转矩越大。因此,要想增大电机转矩,有两个选择:

·增大电流

·使用磁通密度高的线圈

这个结论十分重要。换言之,就是

·转矩与电流成正比

·转矩与磁通密度成正比


 要获得大的转矩,取多少线圈匝数?

想要增大转矩时,线圈匝数越多越好吗?这里有两个问题。一是物理上的制。线圈匝数越多,体积越大。线圈体积太大,必定会超过电机的容纳量。因此,线圈匝数是不能随心所欲地增加的。二是铜损。虽说是铜,但它本身也有电阻。其电阻的大小与长度成正比,与截面积成反比。因此,线圈匝数越多,电阻越大,发热越严重。这里产生的热量是电能转换而来的。也就是说,这导致了电能的消耗,是不可取的。另外,增加线圈匝数也会带来转速的问题。线

圈匝数与电机转速成反比。线圈匝数越多,越容易

变成低速电机。


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