【文章內(nèi)容簡介】 ）所示。 電磁轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制及其波形若由于某種原因，電磁轉(zhuǎn)矩大于給定值，則滯環(huán)控制器輸出為“1”信號，當定子磁鏈在II區(qū)時，選電壓空間矢量或，同樣，視要求定子磁鏈是增大或減小來定。不管選還是電壓空間矢量，產(chǎn)生的都是制動性電磁轉(zhuǎn)矩，使值減小。圖4為交流同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理圖。交流同步電機定子由電壓型交直交變頻器供電，對于大功率同步電機的變頻器往往采用IGBT、IEGT等大功率高壓電力電子器件，變頻器為三電平PWM變頻器. 同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理圖根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制原理，該系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)是砰砰控制的轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器和磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器。速度調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩給定值，與來自觀測器的轉(zhuǎn)矩觀測值比較，送入轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器做砰砰控制。同時，磁鏈給定值與觀測值送入磁鏈調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號與磁鏈調(diào)節(jié)信號送入電壓矢量選擇調(diào)節(jié)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，磁鏈增加還是減小，轉(zhuǎn)矩增加還是減小，以及磁鏈矢量旋轉(zhuǎn)位置，按照直接轉(zhuǎn)矩控制原理選擇合適的電壓矢量，進而確定變流器的開關(guān)模式?？刂谱冾l器各元件的開關(guān)順序與時間，達到控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈的目的。編碼器采用增量式編碼器。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辨率編碼器。電壓矢量選擇：，8種電壓空間矢量（，……，）都可選用。每一種電壓空間矢量都可對定子磁鏈及電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響。下面以定子磁鏈逆時針方向旋轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)到II區(qū)時為例，分別給出各電壓空間矢量對于定子磁鏈及電磁轉(zhuǎn)矩的影響。1） 要求增大定子磁鏈時，選，同時使電磁轉(zhuǎn)矩增大。2） 要求迅速增大定子磁鏈時，選，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩有正、有負，視定子磁鏈的位置而定，只有定子磁鏈位于II中間位置時，才不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。3） 要求減小定子磁鏈時，選，同時使電磁轉(zhuǎn)矩增大。4） 要求迅速減小定子磁鏈時，選，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩情況與上述2）相同。5） 要求定子磁鏈原地不動時，選或，不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。，觀測器輸入量為同步電機的定子電壓、定子電流、再經(jīng)3/2變換得到軸系的、。同時轉(zhuǎn)子激磁電流、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置角也送入觀測器。觀測器計算出轉(zhuǎn)矩觀測值、定子磁鏈觀測值，送入轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)器作閉環(huán)控制。同時觀測器還輸出定子磁鏈與軸線之間的夾角，即磁鏈旋轉(zhuǎn)角，該角送入電壓開關(guān)模式選擇器中，用來確定磁鏈的旋轉(zhuǎn)位置。交流同步電機的轉(zhuǎn)子激磁電流需要隨負載變化，來滿足同步電機定子電流與定子電壓同相，即。在系統(tǒng)中，設(shè)置了一個比例積分調(diào)節(jié)器作為磁鏈控制器，磁鏈給定值與反饋值比較，其偏差經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)輸出為激磁電流給定值。如果電機功率因數(shù)為1，來自觀測器的功率因數(shù)角應(yīng)該為零；如果電機電流與電壓相位不同，將不為零。該值經(jīng)角度調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)子激磁電流的補償值，那么轉(zhuǎn)子激磁電流給定值為 = + 該給定值與實際轉(zhuǎn)子激磁電流比較后，經(jīng)激磁電流調(diào)節(jié)器，去控制晶閘管相控變流器，以控制轉(zhuǎn)子激磁電流，滿足交流同步電機磁鏈控制和功率因數(shù)為1的目的。第四章 電機設(shè)計基本理論第四章 電機設(shè)計基本理論（1）準備階段首先是熟悉國家標準，收集相近電機的產(chǎn)品樣本（或樣機）和技術(shù)資料（包括試驗數(shù)據(jù)），并聽取生產(chǎn)和使用單位的意見與要求；然后在國家標準有關(guān)規(guī)定及分析相應(yīng)資料的基礎(chǔ)上，編制技術(shù)任務(wù)書或技術(shù)建議書。（2）電磁設(shè)計 本階段的任務(wù)是根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書（技術(shù)建議書）的規(guī)定，參照生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過計算和方案比較，來確定與所設(shè)計電機電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算其電磁性能。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是確定電機的機械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機械計算及通風(fēng)和溫升計算。通常，首先根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書（技術(shù)建議書）中規(guī)定的防護型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算中所選負荷的高低，來選取合適的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝配草圖。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對總裝配草圖進行必要的修改。結(jié)構(gòu)設(shè)計通常在電磁設(shè)計后進行，但有時也和電磁設(shè)計平行交叉地進行，以便相互調(diào)整。對于新產(chǎn)品或重大產(chǎn)品，根據(jù)需要，設(shè)計過程還可細分為若干小階段，例如在準備階段之后，增加初步設(shè)計或擴大初步設(shè)計階段。 同步電動機的主要性能指標和額定數(shù)據(jù) 1. 同步電動機的主要性能指標主要有:效率，功率因數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，起動電流倍數(shù)，繞組和鐵心的溫升，起動過程中的最小轉(zhuǎn)矩。： (1)額定功率(pe) 指電機在額定運行情況時所能輸出的最大有功功率，單位為千瓦(kW)或兆瓦(MW)。(2)額定電壓(Ue) 指電機在正常運行時的線電壓，單位為伏(V)或千伏(kW)。 (3)額定電流(Ie) 指電機在額定狀態(tài)運行時的線電流，單位為安(A)或千安(kA)。 (4)額定轉(zhuǎn)速(nc) 指電機為了維持交流電的頻率為50Hz時所需要的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。 (5)額定效率(ηe) 指電機在額定狀態(tài)運行時的效率。 (6)額定頻率(fe) 我國規(guī)定額定頻率為50Hz。(7)額定功率因數(shù)(cosφe)：指電機額定運行時的功率因數(shù)。 (8)額定溫升 運行中電機定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組允許比環(huán)境溫度升高的度數(shù)。我國規(guī)定環(huán)境溫度以40℃計算。 主要性能指標的計算及影響它們的因素一、效率的計算 ——電動機所有的損耗標幺值之和： ，各損耗在運行過程中的分布詳見下邊的感應(yīng)電動機功率圖 效率是電機的主要性能指標之一，近幾年來世界各國電機行業(yè)在設(shè)計和制造高效節(jié)能感應(yīng)電動機方面采取的措施除了增加有效材料的用量和選用優(yōu)質(zhì)材料以降低銅（鋁）損耗和鐵損耗外，在分析和降低附加損耗和機械損耗方面進行了不少研究，主要措施有：選用合適的槽配合，設(shè)計新型繞組以降低諧波引起的附加損耗，改進加工工藝，設(shè)計高效風(fēng)扇等。二、功率因數(shù)cos的計算cos= = 從上式可見，功率因數(shù)的高低與定子電流無功分量 大小直接有關(guān)。若功率因數(shù)太低，不能滿足技術(shù)條件中規(guī)定的指標，應(yīng)設(shè)法降低（縮小定轉(zhuǎn)子槽面積，降低各部分磁密；減少氣隙；增加每槽導(dǎo)體數(shù)；增大，放長）或（增大定轉(zhuǎn)子槽寬、減小槽高以降低），使它們的和降低。三、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為 ——對應(yīng)于額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差率可采用以下方法來進一步調(diào)整：（1）減少每槽導(dǎo)體數(shù)，使漏抗減少，起動總阻抗減少，就可以達到提高起動轉(zhuǎn)矩的目的；但這樣改動的結(jié)果將使起動電流有所增加，功率因數(shù)有所降低。（2）縮小轉(zhuǎn)子槽面積，使轉(zhuǎn)子電阻增加，也可以達到提高起動轉(zhuǎn)矩的目的；但將使效率有些下降。（3）采用較深的槽形或凸行槽等，利用集膚效應(yīng)使起動時的電阻增加；這將使功率因數(shù)降低。還有一些其它方法。四、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 一般中小型感應(yīng)電機而言，比大得多，而（1）變化不大，因而影響最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的主要因素是漏抗，設(shè)計中常對電磁負荷A和（正比于A/）以及槽形作適當?shù)恼{(diào)整以符合設(shè)計任務(wù)書中提出的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)指標。五、起動電流倍數(shù) ， 若由式計算出的（假設(shè)值），說明最初假設(shè)的偏小，于是起動時漏磁飽和系數(shù)偏大，低估了起動時漏磁路飽和的影響，計算出的偏高，最后計算出的偏小。要進行再次假設(shè)，最后計算值與假設(shè)值的誤差不能超過3%。 氣隙對電機性能的影響通常氣隙選取得盡可能小，以降低空載電流，因為感應(yīng)電動機的功率因數(shù)主要決定于空載電流。但是氣隙不能過小，否則除影響機器可靠性外，還會使諧波磁場及諧波電抗增大，導(dǎo)致啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進而造成較高溫升和較大噪聲。 氣隙的數(shù)值基本上決定于定子內(nèi)經(jīng)、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長機座、端蓋、鐵心等在加工和裝配時都有一定偏差；而軸直徑和軸承間距離決定了軸的高度；定轉(zhuǎn)子裝配在一起后，定子鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓的不同心度決定了氣隙的不均勻度，其值對電機運行性能有很大影響。 氣隙大小要綜合上述兩個方面，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和所設(shè)計電機的特點加以確定。對功率較小的電機，可用這個公式——為定子內(nèi)徑，單位m?！F心長度，單位m。對于大、中型電機，2P=2~16，可用下列經(jīng)驗公式求式中單位m度。 在電機槽中如放置由整塊導(dǎo)體組成的線棒，當導(dǎo)體中通以交流電時，由于導(dǎo)體沿槽高上截面各部分的漏磁通匝鏈數(shù)不相同。因此感應(yīng)電勢也不一樣。由此在導(dǎo)體內(nèi)部形成渦流，使得電流在導(dǎo)體截面上的分部不均勻，導(dǎo)體中的電流密度由槽底逐漸向槽口增加，使導(dǎo)體中得電流趨向表面，這種現(xiàn)象稱之為集膚效應(yīng)。這種效應(yīng)相當于導(dǎo)體的有效截面減少了。因之線棒的交流電阻要比直流電阻為大。此外，由于這種集膚效應(yīng)作用，導(dǎo)體的槽漏抗變少了。實際計算中，我們以系數(shù)K來計及電阻的增加，以系數(shù)K來計及電抗得減少。導(dǎo)體中形成的渦流將產(chǎn)生附加渦流損耗，導(dǎo)致效率將低，溫升升高。因此在大型交流電機定子繞組，通常不用尺寸較大的單根導(dǎo)體做成線棒，而用由很多股細導(dǎo)線組成線棒，使集膚作用只產(chǎn)生在在高度比較小得細導(dǎo)線截面積范圍內(nèi)，以降低渦流損耗。通常細導(dǎo)線的厚度小于3～5mm。但在這樣做時，處在不同槽高度上的各根細導(dǎo)線仍處在不同的漏磁場作用之下，各根細導(dǎo)線中的漏磁感應(yīng)電勢不同，如果線棒在鍛部處整體焊接，則各根并聯(lián)細導(dǎo)線分成兩排進行編織換位，使得組成線棒的每根導(dǎo)線輪流處于所有槽內(nèi)部同位置，這種由單匝線棒組成的線圈稱為條式線耗，每根導(dǎo)體通常也由數(shù)根并聯(lián)導(dǎo)線組成。感應(yīng)電機在啟動時，轉(zhuǎn)子電流頻率要比運行時高很多，此時轉(zhuǎn)子籠導(dǎo)條內(nèi)會產(chǎn)生明顯的集膚效應(yīng)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計和機械計算是電機設(shè)計的一個組成部分，它主要是電磁設(shè)計完成后進行的。其目的是解決機械部分的設(shè)計問題對它的要求是從結(jié)構(gòu)上來保證電機性能、制造時的經(jīng)濟合理和運行可靠等。此次設(shè)計沒有進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以在此對它只作簡單的介紹。影響電機總體結(jié)構(gòu)的因素很多，例如電機的類別、運行條件、原動機或被傳動機械的種類及傳動方式、電機的容量與轉(zhuǎn)速、冷卻方式、防護型式、軸承型式和數(shù)目、安裝方式等等。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容和原則大致內(nèi)容：（1）確定電機的總體結(jié)構(gòu)型式，包括防護型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式、安裝方式、通風(fēng)系統(tǒng)等。（2）確定零部件的結(jié)構(gòu)型式、材料、形狀、尺寸、加工精度、形位誤差、表面粗糙度和技術(shù)要求等。（3）確定某些零部件（例如轉(zhuǎn)子鐵心與軸，機座與端蓋）之間的機械連接方法、配合種類等等。（4）核算零部件的機械性能?？紤]下列原則：（1）應(yīng)保證電機在規(guī)定期限內(nèi)能安全可靠的運行。（2）所用的結(jié)構(gòu)型式一般應(yīng)符合有關(guān)國家標準的規(guī)定，并滿足使用部門及環(huán)境保護方面所提出的要求。（3）要盡量使零部件符合“標準化、系列化、通用化”的要求，盡可能采用標準件和標準規(guī)格的材料，注意零部件的通用。（4）應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。（5）應(yīng)考慮電機的裝拆和維修方便，并注意運輸條件與使用單位的技術(shù)條件。（6）應(yīng)適當注意電機的外形美觀。第五章 電磁設(shè)計方案計算第五章 電磁設(shè)計方案計算在電磁計算這部分，根據(jù)電機設(shè)計資料匯編中的三相同步電機電磁計算公式，來進行電磁計算，在計算中，可以分作三個大的步驟，一，基本數(shù)據(jù)的計算；二，確定定子繞組；三，確定鐵心長度。其中確定定子繞組和鐵心長度是計算點重點，也是難點。在基本計算中，根據(jù)電機的基本要求和定轉(zhuǎn)子沖片數(shù)據(jù)計算主要規(guī)格，主要尺寸和磁場波形。在確定定子繞組中，根據(jù)每槽有效面積，和槽滿率計算每槽導(dǎo)線所占的面積（先假定Fk＝）由公式A＝*J*Ad*N/＝* Ad*N/()，根據(jù)這個式子選取線負荷的值。再根據(jù)線負荷求每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)Z。知道Z可以計算Snd＝aZm/N。根據(jù)電樞繞組節(jié)距設(shè)計繞組，確定每槽導(dǎo)體數(shù)m1，m2，n1，n2，由此可以計算以下的步驟。在確定鐵心長度中，先計算定子槽型，槽節(jié)距及齒寬，平均齒寬和電樞卡式系數(shù)還有定子斜槽因素及每極磁通。再根據(jù)電樞齒磁密求選取氣隙磁密，由式氣隙磁密計算定子長度,后面的計算步驟根據(jù)計算公式代入數(shù)據(jù)計算和查表和圖就行了1額定功率(KW)1212122相數(shù)m3333額定線電壓4004004004額定相電壓5額定頻率5050506極數(shù)4447額定效率%%%8額定功率因數(shù) 9額定相電流(A)10額定轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分) 15001500150011額定轉(zhuǎn)矩12機座中心高16161613定子槽滿率80~85%80~85%80~85%14定子繞組電密A/mm27~7~7~15氣隙磁密~~~16定子外徑26262617定子內(nèi)徑18定子槽數(shù)36363619電樞拼片條件（1）每圈扇形片數(shù)666（2）重疊數(shù)222（3）每片槽數(shù)666（4）扇形片高22．5422．5422．54（5）扇形片寬131313（6）無軸流拼片條件66620每極每相槽數(shù)33321極距22定子槽形r23每槽有效面積為絕緣層厚度,E級取 =為槽楔厚,，=2r24定子槽形,槽節(jié)距及齒寬(1) 直徑位置(2) 槽節(jié)距