【文章內(nèi)容簡介】 同步電機(jī)的某些實(shí)際運(yùn)行問題 本節(jié)下面將要詳細(xì)的介紹以上列舉的坐標(biāo)系統(tǒng)。 α、β、0坐標(biāo)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩矩陣為：以電流為例則得： 反變換為 α、β分量與d、q分量之間的關(guān)系式為：0坐標(biāo)系統(tǒng)在這種坐標(biāo)系統(tǒng)中它的轉(zhuǎn)換矩陣為：其中 為復(fù)數(shù)算子。以電流為例可得： 反變換為 由于存在復(fù)數(shù)這種分量有時(shí)稱為復(fù)數(shù)變量，其坐標(biāo)軸線與定子沒有相對運(yùn)動(dòng)。2分量與α、β分量及d、q分量間的關(guān)系式為： 坐標(biāo)系統(tǒng)在此坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：同樣的以電流為例可得： 反變換為： 分量與d、q分量間的關(guān)系為：F、B、0坐標(biāo)系統(tǒng)此系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為： 以電流為例得到：反變換為：F、B分量與d、q分量間的關(guān)系式為：坐標(biāo)系統(tǒng)此坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：以電流為例得出： 這也是一種復(fù)數(shù)變量，但其坐標(biāo)軸線則是以同步恒速旋轉(zhuǎn)的。其反變換為： 分量與分量間的關(guān)系式為： 同步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)下面是感應(yīng)電機(jī)閉環(huán)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理圖（圖331）圖 331上圖為感應(yīng)電機(jī)閉環(huán)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成原理圖。電路主要是由整流、濾波和逆變電路這三大部分組成。整流電路這一部分采用了單相橋式整流模塊，這樣可以使結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。逆變電路這一部分采用了IPM模塊，將驅(qū)動(dòng)電路與IGBT器件及保護(hù)電路集成到一起，這樣提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本方案采用的IPM模塊是三菱公司的隔離型功率模塊Pm300cla060, 該模塊內(nèi)部包含有一個(gè)三相逆變橋的6個(gè)IGBT和6個(gè)快恢復(fù)功率二極管。開關(guān)頻率可以達(dá)到20kHZ。它將IGBT作為功率開關(guān)元件，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成到一起，而且還將過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路包含在里面，具有開關(guān)速度快，低功耗，不易擊穿，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。注意：編碼器部分人講述增量式編碼器，部分人講述絕對式編碼器。應(yīng)該用一段來講述編碼器。講述反饋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速兩個(gè)信號及其作用。在給出系統(tǒng)框圖后，應(yīng)撰寫不少于兩張紙，用來解釋框圖中各個(gè)部分的功能與作用?？驁D必須用CAD進(jìn)行畫圖。編碼器簡介：編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。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(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。增量式編碼器特點(diǎn)：增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)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(shí)，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。變頻器的開環(huán)控制與閉環(huán)控制具有通用性，所以開環(huán)控制與閉環(huán)控制的主要區(qū)別時(shí)閉環(huán)控制餓速度反饋與與頻率控制通道采用了來自測速電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。為了實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流（磁通）的閉環(huán)控制，通常需要經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，并且控制精度與電機(jī)模型直接相關(guān)，如果電機(jī)的連線長度、布置方式、溫度、磁路參數(shù)、實(shí)際工作頻率等發(fā)生變化，都有可能使點(diǎn)擊的電阻、電感等參數(shù)發(fā)生變化，造成控制誤差。所以在實(shí)際變頻中經(jīng)常采用一些簡化的矢量控制方案。第四章 電機(jī)設(shè)計(jì)基本方法1． 確定主要尺寸的步驟：① 根據(jù)電機(jī)要求確定電機(jī)槽的參數(shù)；② 根據(jù)要求選定電樞繞組線規(guī)并算出電機(jī)鐵芯長度；③ 根據(jù)點(diǎn)數(shù)繞組線規(guī)及鐵芯長度算出點(diǎn)數(shù)繞組耗材以及銅耗；④ 選定勵(lì)磁繞組線規(guī)使之符合要求并計(jì)算出勵(lì)磁繞組耗材和銅耗；⑤ 根據(jù)電機(jī)的參數(shù)算出電機(jī)電樞齒電樞軛耗材及鐵耗；⑥ 算出電機(jī)總的損耗，并求出電機(jī)的效率，檢查效率是否符合要求；⑦ 由于本次設(shè)計(jì)給出了對應(yīng)于特定功率電機(jī)的電機(jī)內(nèi)徑，外徑。而機(jī)座中心高可由電機(jī)外徑查處所以對這一部分不加詳細(xì)敘述。⑧ 對于不同的線規(guī)及氣隙磁密可以有不同的耗材以及效率。 性能指標(biāo)繞組和鐵心的溫升，功率因數(shù)，效率，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，起動(dòng)電流倍數(shù)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，起動(dòng)過程中的最小轉(zhuǎn)矩。額定數(shù)據(jù)額定電壓: UN(V)，同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，加在電機(jī)定子繞組上的電壓；額定電流：IN(A),同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，加在電機(jī)定子繞組上的線電流；額定功率: PN(kW),同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率；額定轉(zhuǎn)速: nN(r/min),同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；額定頻率: fN(Hz)，電機(jī)額定運(yùn)行所接電源的頻率。（我國為 50Hz)；額定效率：同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)輸出地機(jī)械功率與輸入的電功率的比值。 通常情況下，應(yīng)盡可能小的選取氣隙長度，這樣可以降低空載電流，從而提高電機(jī)的功率因數(shù)，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)主要取決于空載電流。但是氣隙不能選取的過小，否則不僅會影響機(jī)器的可靠性，還會使諧波磁場及諧波電抗增大，導(dǎo)致啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較高溫升和較大噪聲。 定子內(nèi)經(jīng)、軸的直徑和軸承間的轉(zhuǎn)子長度基本決定了氣隙的數(shù)值。因?yàn)闄C(jī)座、端蓋、鐵心等在加工和裝配時(shí)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(jī)運(yùn)行性能有很大影響。 氣隙大小要綜合上述兩個(gè)方面，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和所設(shè)計(jì)電機(jī)的特點(diǎn)加以確定。對功率較小的電機(jī)，可用這個(gè)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(jī)，2P=2~16，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式求式中單位m由于本次設(shè)計(jì)電機(jī)的內(nèi)徑，外徑以及氣隙長度都已經(jīng)事先給出，所以不涉及氣隙長度的計(jì)算，以上公式僅供產(chǎn)參考。 槽滿率對電機(jī)性能的影響（一） 導(dǎo)線有規(guī)則排列所占的面積與槽有效面積之比。槽滿率的計(jì)算：選取繞組并聯(lián)支路數(shù)（取1或者2）估算每槽導(dǎo)體所占面積：選擇每槽導(dǎo)體數(shù)：（選取一個(gè)整數(shù)）估算每根導(dǎo)體的截面積：選取線規(guī)與每根導(dǎo)線并繞根數(shù)驗(yàn)證電樞繞組電密：計(jì)算每槽導(dǎo)線實(shí)際所占面積：驗(yàn)證槽滿率：（=~）（注：與為初選線規(guī)時(shí)的參數(shù)，可以選取800900之間的數(shù)值）定子槽在符合規(guī)定的范圍內(nèi)因該選取足夠大的截面積，這樣可以使每槽所有導(dǎo)體能比較容易地嵌進(jìn)去。在采用圓導(dǎo)線的半閉口槽中，用槽滿率來表示槽內(nèi)導(dǎo)線的填充程度。槽滿率是導(dǎo)線有規(guī)則排列所占的面積與槽的有效面積之比。槽滿率提高不僅可以縮小槽面積，而且有利于槽內(nèi)導(dǎo)線的散熱；但是卻給嵌線帶來困難并增加嵌線工時(shí)。槽滿率太高了嵌線容易引起絕緣損傷。所以槽滿率不能太高，一般，控制在80%~85%左右。第五章電磁設(shè)計(jì)方案計(jì)算 電磁設(shè)計(jì)方案概述本課題設(shè)計(jì)方案主要有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一個(gè)是定子繞組的確定，另外一個(gè)是鐵心長度的確定。計(jì)算時(shí)可以采用如下的方法來確定：首先假定槽滿率為80%，電樞繞組電密為820，再根據(jù)公式算出并選取一個(gè)合適的整數(shù)，最后選取合適的線規(guī)并且算出每槽導(dǎo)體實(shí)際所占的面積由此算出每槽點(diǎn)數(shù)繞組電密以及實(shí)際槽滿率看是否符合要求。由于前面已近選取了合適的，這樣就可以順利的算出每極磁通，在選取了氣隙磁密后就可以得出鐵心長度了。電樞繞組Z（每槽并聯(lián)導(dǎo)體數(shù)）前面已經(jīng)算出，線規(guī)和鐵心長度也已經(jīng)算出，那么每相點(diǎn)數(shù)繞組的耗材以及電阻等參數(shù)也可以順利算出。 繼續(xù)往下計(jì)算，下面最重要的就是勵(lì)磁繞組了。在本次設(shè)計(jì)的135步，首先選取勵(lì)磁繞組的線規(guī)，由此算出滿載勵(lì)磁電流，勵(lì)磁繞組匝數(shù)等參數(shù)，最后可以算出勵(lì)磁繞組電阻（在本次設(shè)計(jì)的146步）、耗材（本次設(shè)計(jì)的147步）等參數(shù)。 最后，根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果可以算出所用的鐵才以及鐵耗并由此算出所設(shè)計(jì)的電機(jī)的效率，看看是否符合課題的要求。 電磁設(shè)計(jì)方案的具體計(jì)算具體的計(jì)算步驟如下表所示：方案一方案二方案三一、額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求1． 額定功率4040402．相數(shù)3333．額定線電壓4004004004．額定相電壓5．額定頻率5050506．極數(shù)6667．額定效率%%%8．額定功率因數(shù)9．額定相電流10．額定轉(zhuǎn)速10001000100011．額定轉(zhuǎn)矩12．機(jī)座中心高（cm）13．定子槽滿率80~85%14．定子繞組電密7~15．氣隙磁密~二、定子沖片設(shè)計(jì)16．定子外徑17．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（5）扇形片寬（6）無軸流拼片條件44420．每極每相槽數(shù)22221．極距22．定子槽形(1) (2)(3)(4)(5)(6)r23．每槽有效面積為絕緣層厚度,E級取=,為槽楔厚, =2r（1）直徑位置槽節(jié)距槽寬齒 寬（2）直徑位置槽節(jié)距槽寬齒 寬（3）直徑位置槽節(jié)距槽寬齒 寬25．定子齒距26．平均齒寬=1/3[bz2,bz3中之大者+2（bz2,bz3之最小者）]27．電樞卡氏系數(shù)其中：槽節(jié)距三、轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)28．氣隙長度=29．最大氣隙30．轉(zhuǎn)子外徑31．磁軛外徑14141432．轉(zhuǎn)子(磁