小容量无刷直流电动机的热阻及连续功率

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:6

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摘　要：介绍了小容量无刷直流电动机(BLDCM)热阻和热导参数的含义和测量方法。给出BLDCM热阻和热导测量的实例结果，进行分析后得出热导参数随电动机几何尺寸变化的某些规律。从热导参数与连续输出功率相关的角度分析了BLDCM设计功率与几何尺寸及转速等的关系，不能单纯从电磁关系确定。
关键词：无刷直流电动机；热阻；温升

1　引言

小容量无刷直流电动机应用日广，它的各项基本技术参数都受到广泛的关注，如转矩系数、电势系数、绕组电感、运行效率等。热阻(热导)表示电动机的散热能力，与电动机运行时的温升直接相关，与电动机的连续输出功率有关，也是电动机的重要参数之一。可是在国内小电机的文章中，很少有这方面的研究和讨论。本文不是对该问题的详细分析，只是从工程的角度对某一机座号的电动机进行实例研究，从中对小容量BLDCM的热阻(或热导)建立一些定量的概念，以及对它的一般特性的认识，对BLDCM的设计者和应用工程师都是很有益处的。

2　绕组对环境(大气)的热阻

在一些BLDCM产品目录的技术指标中，常常可以看到包含有绕组对环境的热阻Rw－a这一项，它是指BLDCM在堵转情况下绕组的温升(τw)与绕组内铜损耗(Pw)之比：

即每瓦绕组铜损引起的绕组温升值。它的倒数称为热导(Λw－a)：

即绕组对环境单位温差时单位时间内散出的热量。可以看出，这项参数与绕组的容许温升直接决定了绕组容许的连续堵转电流，因而决定了连续堵转转矩的值。

如果电动机不是堵转，在正常运行情况下，它的连续输出功率也是受到绕组容许温升的限制，只是这时同样绕组对环境的温升是由电动机的总损耗(∑P)--包括绕组铜损、铁损、机械损耗等决定的，与∑P全部集中在绕组内引起的温升会有些区别。如果定义BLDCM运行时的绕组温升与总损耗通过这个参数来分析电动机运行问题会很方便。可是BLDCM运行时损耗分配状态不断变化，Rm便没有一个固定的值，也无法进行实际测定。

小容量BLDCM的特点是表面自然冷却，电动机机壳表面对环境的温升占绕组温升的主要部分；绕组在电动机定子上，与机壳之间的温差不大，热阻较小，所以电动机内部的损耗如果相同，即使分布有些变化，绕组的温升也不会有多少改变。从这一实际情况出发，有理由用绕组对环境的热阻(Rw－a)来判断电动机运行情况下的温升，以及判断容许的连续输出功率，不会有很大的出入。基于这种分析，本文所指的电动机的热阻(或热导)都是指的Rw－a(或Λw－a)。

3　热阻测试实例

实验用的样机是珠海运控电机有限公司生产的57机座的BLDCM，有三种长度尺寸，如图1所示。实验的目的是为了一般研究分析用，对实验的条件没有很严格的规定，实验在室温无通风条件下进行，电动机安装在公司常用的测试支架上和底板上，支架的尺寸如图2所示。

在BLDCM的定子绕组内通以恒定直流电流(IW)，测取绕组端电压(VW)，VW随时间的变化反映绕组电阻的变化，从中可以得出绕组温度及温升的变化及温升的稳定值(τW)，它与相应输入功率VWIW的比值便是所求的绕组对环境的热阻Rw－a。应指出的是，在此绕组温升用电阻法求出，是绕组的平均温升。机壳表面的温度用红外点温计测量，表面温度实际上不均匀，大体上中间高一些，二端较低，为了获得一个较为确定的值，实验时统一规定测取机壳上大体对应定子铁心中部的温度，所以获得的实际是机壳的最高温升(τk)。绕组与机壳之间的温差(τW－τk)是绕组的平均温度与机壳最高温度的差，以及用它求出的绕组对机壳及机壳对环境的热阻(Rw－k，Rk－a)或热导(Λw－k，Λk－a)都是一种工程上的参数，虽然与理论上的参数不完全一致，但便于工程实践应用，只要明确它的具体定义，便不会产生混淆，用来研究分析工程问题时一样有效。

1台57BL－C－10型电动机，三相绕组并联，通以1A恒定直流电流。测得绕组及机壳的温升曲线如图3所示。可以看出大约经过1h的时间，温升便达到稳定值，为τW＝33.51℃，τk＝28℃，对应的绕组铜损耗为26.5W，得：RW－a＝1.265℃/W，Rk－a＝1.057℃/W，Rw－k＝0.208℃/W。应指出的是电动机的热阻参数因受电机制造工艺和测试环境条件的影响，会有一定的分散性，对于某一种型号的电动机，实际上在某一数值范围内，如果要给出一个明确的值，则应测一定的台数取它们的平均值，作为例子，表1给出57BL－C型电动机的一组数据。由此求出热阻和热导的平均值同时列于表中。

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