【正文】 三相全波要用6個旋轉(zhuǎn)整流器，是半波線路的兩倍。對于較大容量電機(jī)或為了獲得較好的動態(tài)性能，以選擇三相全波整流線路較好。要求它有極高的可靠性，在承受機(jī)械應(yīng)力的情況下能保持良好的電氣性能。對旋轉(zhuǎn)整流器元件的電氣參數(shù)的選擇，即要考慮穩(wěn)定運(yùn)行工況，也要考慮各種最惡劣的瞬時狀態(tài)。1）、旋轉(zhuǎn)二極管的電流 () 2）、旋轉(zhuǎn)二極管的電壓 () 為額定勵磁電壓 旋轉(zhuǎn)整流元件的安裝與接線必須考慮旋轉(zhuǎn)的要求。目前在一般小型無刷發(fā)電機(jī)中，采用軸向安裝方式的較多，它結(jié)構(gòu)緊湊，易于安放保護(hù)電路。通常保護(hù)措施有兩類，一類為過流保護(hù)，可采用快速熔斷器等元件進(jìn)行保護(hù)。線繞電阻的安裝方法是采用康銅絲或鎳鉻電阻絲繞制在旋轉(zhuǎn)整流器裝置圓盤之外圓上的槽內(nèi)，這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是易于散熱，具有良好的運(yùn)行可靠性和機(jī)械平衡性。但這樣一來，將會使勵磁機(jī)的勵磁功率增加很多，同時也將會影響到無刷發(fā)電機(jī)整機(jī)的動態(tài)性能。因此，無刷勵磁機(jī)有它自己的電磁特點(diǎn)。提高電壓增長速度，可從勵磁機(jī)方面考慮，也可從勵磁系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)器方面來考慮。 勵磁機(jī)容量的確定先假設(shè)換向角為40176。電流密度的選擇對電機(jī)的性能及成本影響很大，所以必須全面考慮電機(jī)的具體情況。Q1值的大小對電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升及絕緣材料消耗量等都有影響。槽口尺寸主要由電氣性能、沖模制造、沖壓和下線工藝等因數(shù)決定。 穩(wěn)態(tài)參數(shù)（漏磁）的確定通過電機(jī)主極極身的磁通包括穿過空氣隙的主磁通和不穿過空氣隙而在極間空間閉合的漏磁通兩部分。因為電流波形為非正弦,先要計算出基波有效值,才能計算電樞反應(yīng)磁勢,并假定在負(fù)載時維持不變以簡化計算。其計算按電磁程序進(jìn)行。機(jī)械損耗104．附加損耗105．總損耗106．勵磁發(fā)電機(jī)的負(fù)載有功功率 107．效率108．勵磁繞組時間常數(shù)109．瞬變電流時間常數(shù)110．負(fù)序電抗111．直流分量時間常數(shù)112．空載勵磁持續(xù)短路電流倍數(shù) 113．沖擊短路電流倍數(shù)(一) 定子繞組溫升114．單位表面絕緣熱阻和式中：λ1為槽絕緣導(dǎo)熱率，(瓦/℃對A級絕緣取100℃時的銅耗。119．定子繞組有效部分銅溫升 =℃　　　　 = =℃116．定子槽周邊長半閉口平底槽 　　　　　　　　 117．定子繞組有效部分絕緣溫升　 　 = (℃)118．定子繞組有效部分熱流密度(瓦/℃厘米)。交流勵磁機(jī)相電勢有效值u為整流器正向壓降，交流勵磁機(jī)相電流有效值滿載：式中　交流勵磁機(jī)視在功率 主要尺寸及電樞繞組轉(zhuǎn)子鐵心外徑 初選（電機(jī)設(shè)計圖102）　?。姍C(jī)設(shè)計表104） 取，則得轉(zhuǎn)子鐵心外徑（轉(zhuǎn)樞式），重取1鐵心的有效長度 1轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 1氣隙 1定子內(nèi)徑 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直徑最后確定定子外徑D2= 1極距 1定子鐵心凈長 1鐵心等效長 1每極每相槽數(shù) 1總槽數(shù) 槽節(jié)距 2繞組分布系數(shù) 繞組短距系數(shù) 2繞組系數(shù) 2氣隙極距比 2并聯(lián)支路數(shù) 2每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 2每槽導(dǎo)體數(shù) 2每根導(dǎo)體并繞根數(shù) 2每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 2繞組線規(guī)設(shè)計 初選轉(zhuǎn)子電密，計算導(dǎo)線并繞根數(shù)和每根導(dǎo)體截面積的乘積 ，線徑，絕緣后直徑，截面積，2設(shè)計轉(zhuǎn)子槽形 轉(zhuǎn)子采用梨形槽，初步取，估計定子齒寬 初步取，估計定子軛部計算高度槽形尺寸參考類似產(chǎn)品，尺寸如下： 槽滿率的計算 槽面積：槽絕緣厚，槽契厚，層間絕緣，槽有效面積：槽滿率 其中：Ai為槽絕緣面積， Aj為層間絕緣面積，3電樞繞組尺寸 電樞繞組半匝長 轉(zhuǎn)子繞組電阻： 3極弧系數(shù) 3每極磁通（滿載時） 3氣隙磁通3齒距 3氣隙磁密最大值的轉(zhuǎn)子齒部磁密 3轉(zhuǎn)子軛部磁密3氣隙系數(shù) 3轉(zhuǎn)子齒部磁路計算長度 轉(zhuǎn)子軛部磁路計算長度 4查表得轉(zhuǎn)子齒部磁場強(qiáng)度：轉(zhuǎn)子軛部磁場強(qiáng)度： 4氣隙磁壓降 4轉(zhuǎn)子齒部磁壓降 4轉(zhuǎn)子軛部磁壓降 4磁勢和4磁極鐵心尺寸的確定 （每邊2mm膠木板）47．極靴漏磁導(dǎo) 51．漏磁系數(shù) 53．磁極極身截面積 54．極身磁密 查磁化曲線得 55．極身磁壓降 56．定子軛部高度 57．定子軛部截面積 58．定子軛部磁密 查磁化曲線得 59．定子軛部磁路計算長度 60．定子軛部磁壓降 61．空載每極磁壓降 62．按以上方法計算空載特性：電壓標(biāo)幺值時，即空載特性如下表所示：電壓標(biāo)幺值相電壓（V）（Wb）（Wb）（Wb）（Wb）（安匝） 穩(wěn)態(tài)參數(shù)（漏磁）63．轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo) 查表得 64．轉(zhuǎn)子繞組端部比漏磁導(dǎo)6諧波比漏磁導(dǎo)6每相槽漏抗6漏抗標(biāo)幺值 6相電抗標(biāo)幺值 因為電流波行為非正弦,先要計算出基波有效值,才能計算電樞反應(yīng)磁勢,并假定角在負(fù)載時維持不變以簡化計算。 主機(jī)滿（空）載時勵磁電流的計算主機(jī)空載時交流勵磁機(jī)勵磁電流　 ()主機(jī)負(fù)載時交流勵磁機(jī)勵磁電流 ( ) 瞬態(tài)參數(shù) ()　 換相角　 ()電機(jī)的損耗有空載和負(fù)載損耗，其中又可以分為好幾種?？上惹蟪雎┐磐ǎ儆谜浇魄蟪龊?，即可計算。槽形和槽面積確定后，可進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)子槽的具體尺寸，其方法與確定定子槽形的方法相似。故本設(shè)計采用半閉口梨形槽：定子齒寬 ()t1為定子齒距，KFe為鐵心疊壓系數(shù)，㎜的硅鋼片，（涂漆），Bi1為定子齒磁密。 轉(zhuǎn)子繞組與鐵心的設(shè)計轉(zhuǎn)子與定子之間有明確的配合稱為槽配合，只要滿足要求就行，槽配合的選用對電機(jī)參數(shù)的影響《電機(jī)設(shè)計》中有講解。 主要尺寸的確定根據(jù)P與N，結(jié)合勵磁機(jī)的設(shè)計特點(diǎn)，選取電磁負(fù)荷A、帶入電機(jī)主要尺寸關(guān)系式求出，再選用適當(dāng)?shù)那蟪鯠和。本次設(shè)計為無刷同步發(fā)電機(jī)交流勵磁機(jī)，極數(shù)為8極，下面對電磁計算作簡要說明： 技術(shù)參數(shù)的確定按設(shè)計任務(wù)書的要求，在性能指標(biāo)方面要求：有良好的動態(tài)性能，短路比要求較小。為此，齒部磁通密度應(yīng)為飽和時的50％，電流密度應(yīng)為正常時的50％。本設(shè)計采用壓敏電阻對整流管進(jìn)行保護(hù)，壓敏電阻的選擇，可取為額定勵磁電壓的4～5倍，便可將過電壓水平限制在額定勵磁電壓的4～5倍的范圍內(nèi)。據(jù)此，保護(hù)電阻的阻值均在數(shù)千歐以上。但在中、小型無刷發(fā)電機(jī)中，為了結(jié)構(gòu)上的簡便和提高機(jī)械上的可靠性，通常對過流保護(hù)是適當(dāng)增大整流元件的電流容量而不采用復(fù)雜的過流保護(hù)措施。 旋轉(zhuǎn)整流器的保護(hù)措施由于對運(yùn)行中的旋轉(zhuǎn)整流器的工作狀態(tài)不易監(jiān)視與檢測，故必須對整流橋中的旋轉(zhuǎn)二極管采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。各種安裝方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，受壓應(yīng)力方式比較合理，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此選用二極管時要有足夠的裕度。元件的篩選、老化試驗項目有：（1） 長期靜壓試驗；（2） 短時加壓試驗；（3） 旋轉(zhuǎn)與振動試驗。旋轉(zhuǎn)整流管采用模塊結(jié)構(gòu)，它將一個橋臂做成一個模塊，一個完整的整流橋由四個橋臂組成，其中三個橋臂組成三相整流橋，另一個橋臂是壓敏電阻，對整流橋進(jìn)行保護(hù)，每個橋臂用螺釘直接固定到轉(zhuǎn)軸上。（5） 若充分利用旋轉(zhuǎn)整流器位置，可采用雙路并聯(lián)的三相半波整流電路，其可靠性可大為提高。（3） 三相半波時，每個橋臂串接的整流器少，起勵比較容易。整流線路的選擇，在主機(jī)參數(shù)不變的情況下選用半波或全波線路各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體情況來決定。轉(zhuǎn)子溫升：如轉(zhuǎn)子溫升過高，則可加大hm或bm，但需注意線圈在極間不 ，（一般應(yīng)留以10mm間隙），一般加大hm效果較好，因為，而與be僅成一次方關(guān)系（）。 性能調(diào)整當(dāng)初步確定各尺寸后，就可按公式核算，核算后有些參數(shù)、性能、溫升等可能不和要求，需要進(jìn)行調(diào)整，下面分別介紹之： 定子溫升：如定子溫升過高，一般可調(diào)整下列數(shù)據(jù)。較小的短路比，能使交流勵磁機(jī)設(shè)計得經(jīng)濟(jì)些，縮小體積，減輕重量。這樣，相應(yīng)與交流勵磁機(jī)額定工作狀態(tài)的磁路工作點(diǎn)就必須處在線性部分，即交流勵磁機(jī)磁性材料的利用率極低，同容量的交流勵磁機(jī)的體積遠(yuǎn)比一般同步發(fā)電機(jī)大，重量也重。一般同步發(fā)電機(jī)在允許負(fù)載范圍內(nèi)變化時，其輸出電壓都要求維持不變。之間。設(shè)計時應(yīng)注意滿足勵磁系統(tǒng)對其提出的強(qiáng)勵、高反應(yīng)速度及高可靠性的要求，因而要有一些特殊考慮。所以交流勵磁機(jī)磁性材料的利用率極低，同容量的交流勵磁機(jī)的體積遠(yuǎn)比一般同步發(fā)電機(jī)大，重量也重。 無刷勵磁系統(tǒng)工作原理圖 第4章 方案實體設(shè)計 交流勵磁機(jī)的電磁設(shè)計 磁路設(shè)計思想交流勵磁機(jī)是一個旋轉(zhuǎn)電樞式交流同步發(fā)電機(jī)，但由于它的工作特點(diǎn)和負(fù)載特殊性使它與一般交流同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計大不一樣。而熔斷器則作為過流或短路保護(hù)串聯(lián)于每個二極管支路。因此，旋轉(zhuǎn)整流器的設(shè)計也是無刷勵磁系統(tǒng)設(shè)計中的最重要的部分之一。為提高勵磁系統(tǒng)的反應(yīng)速度，交流勵磁機(jī)的頻率一般比主發(fā)電機(jī)要高，故交流勵磁機(jī)的極數(shù)比主發(fā)電機(jī)要多，本設(shè)計取勵磁機(jī)的極數(shù)為8 極，頻率為133HZ。交流勵磁機(jī)的性能參數(shù)對勵磁系統(tǒng)性能有很大影響。為適應(yīng)這種情況，勵磁機(jī)要具有較高的頂值電壓。此外，還有自動電壓調(diào)節(jié)器和用以提供勵磁機(jī)勵磁的副勵磁部分。這時主發(fā)電機(jī)的輸出端有電壓。 發(fā)電機(jī)三相短路的勵磁電壓當(dāng)發(fā)電機(jī)突然三相短路時，在其轉(zhuǎn)子勵磁繞組中將引起自由分量電流。第一階段延續(xù)時間不長，決定于交流勵磁機(jī)的時間常數(shù)。交流勵磁機(jī)電壓亦同時達(dá)到頂值。交流勵磁機(jī)電壓響應(yīng)包括以下三種情況： 空載勵磁電壓響應(yīng)當(dāng)交流勵磁機(jī)輸出端開路不接任何負(fù)載時，其電樞回路中不存在電樞反應(yīng)電壓降。若在控制系統(tǒng)中配以適當(dāng)?shù)墓收媳O(jiān)測裝置．則可以在最合適的時刻停車和排出故障。 無刷同步發(fā)電機(jī)接線原理圖1定子出線端 2主機(jī)定子 3主機(jī)轉(zhuǎn)子 4壓敏電阻5旋轉(zhuǎn)整流器 6勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子 7勵磁機(jī)定子 8調(diào)壓器連接端子旋轉(zhuǎn)整流器不僅工作在高速、高溫和有振動的場合，而且還承受過流過壓沖擊的可能，是電機(jī)故障率較高的部件，因為在電機(jī)受到外界干擾時，盡管由負(fù)載電流產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組間無相對運(yùn)動，但隨著定子磁場幅值的突變，在轉(zhuǎn)子繞組中便會感應(yīng)出變壓器電勢；而當(dāng)電機(jī)負(fù)載不對稱時，定子繞組中將會流過負(fù)序電流，這個負(fù)序電流所產(chǎn)生的負(fù)序磁場對轉(zhuǎn)子有兩倍同步轉(zhuǎn)速的相對速度，將在轉(zhuǎn)子磁場繞組中感應(yīng)出旋轉(zhuǎn)電勢；異相合閘常發(fā)生在同步設(shè)備檢修后，因電壓互感器一相錯誤連接而造成，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓之間的相位角為60度合閘時，會導(dǎo)致很高的轉(zhuǎn)子電壓，在非對稱短路或并網(wǎng)的誤操作過程中，上述旋轉(zhuǎn)電勢和變壓器電勢將可能于某一瞬間同時產(chǎn)生，這兩個瞬時電勢加上交流勵磁機(jī)電樞輸送給旋轉(zhuǎn)整流器的電勢，再和主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場繞組中原有的電流相迭加(轉(zhuǎn)子磁場繞組是感性元件)，共同作用于旋轉(zhuǎn)整流二極管，可使導(dǎo)通的二極管流過很大的正向電流，也可能使截止二進(jìn)極管承受很制高的反向電壓，將可能損壞二極管，在氣隙較小、阻尼不良或沒有阻尼的凸極同步發(fā)電機(jī)中，這一現(xiàn)象更為突擊。 旋轉(zhuǎn)整流器旋轉(zhuǎn)整流器由半導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)整流二極管、快速熔斷器、過電壓