電機的基本運行取決于轉子永磁體和定子通電繞組之間的相互作用。然而,即使電機沒有通電,并且沒有電流流過繞組,轉子的永磁體和定子的鐵磁齒之間也存在磁引力。磁吸引力根據磁場的磁通密度或強度而變化,這種變化會導致轉矩不均勻,稱為“齒槽轉矩”或“轉矩脈動”。
雖然這兩個術語有時可以互換使用,但齒槽轉矩通常是指導致轉矩變化的現象,而轉矩脈動是這些變化對電機性能的影響。
1、齒槽轉矩
齒槽轉矩是轉子永磁體的磁極與定子齒的鋼片之間的磁相互作用的產物。換句話說,當轉子的磁極與定子的齒對齊時,需要一個力來破壞吸引力,這個力被稱為齒槽轉矩。齒槽轉矩取決于位置,具體取決于定子齒相對于永磁體的位置,因為磁體不斷尋找最小磁阻的位置。
電機的齒槽轉矩曲線取決于轉子中永磁體的數量和定子中的齒數,可以通過優化磁極和齒數的機械方法,或通過傾斜或成形永磁體以使它們在定子齒之間的過渡更加平緩。
齒槽轉矩發生在永磁電機中,包括有刷和無刷直流電機和同步交流電機。因為它發生在未通電的電機中,所以有時被稱為“開路轉矩”。
2、轉矩脈動
齒槽轉矩的結果是轉矩產生的變化-稱為轉矩脈動-當電機以恒定電流通電時會發生這種變化。由于轉子和定子磁場之間相互作用的性質(如上所述),轉矩脈動呈正弦變化。在高速時,它通常會被系統的慣性濾除,但在低速時,轉矩脈動會導致不必要的速度波動、振動和可聽見的噪音。
3、步進電機中的齒槽
步進電機也表現出齒槽轉矩,但在步進電機的討論中,它通常被稱為“制動轉矩”。與齒槽轉矩一樣,制動轉矩是非通電電機中磁平衡的結果。必須在電機旋轉之前克服這種磁平衡,這意味著制動扭矩會降低電機可以產生的運行扭矩量。步進電機所經歷的制動扭矩量與電機速度成正比,因此制動扭矩對運行扭矩的影響在電機速度較高時更為顯著。
使用永磁轉子的永磁和混合式步進電機具有制動力矩;然而,使用非磁化軟鐵轉子的可變磁阻步進電機則不然。在永磁和混合式中,混合式步進由于其齒形轉子而具有更高的制動扭矩,這使得它們能夠更好地管理定子和轉子之間的磁通量。
制動扭矩通常為電機保持扭矩的5%至20%,這是當繞組通電但轉子靜止時電機能夠產生的扭矩量。但是制動扭矩并不總是一個負擔:當電機減速時,它會抵消電機的動量,并幫助它更快地停止。
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