【正文】 第五章 同步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)的計(jì)算過程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5050502．相數(shù)3333．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10．額定轉(zhuǎn)速15001500150011．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66620．每極每相槽數(shù)33321．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32．轉(zhuǎn)子(磁軛)內(nèi)徑33．磁極寬度34．磁極尺寸計(jì)算（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）35．磁極壓板厚36．磁極壓板寬37．氣隙極距比值0．0050．0050．00538．氣隙比值39．極抱百分值40．磁極抱角41．等效極弧系數(shù)（查曲線1及2）[用公式計(jì)算見附錄一]42．波形系數(shù) （查曲線1及2）[或用基波幅值系數(shù)，用公式計(jì)算見附錄一]43．磁極偏心距偏心半徑：=四、電樞繞組和鐵心長度計(jì)算44．繞組并聯(lián)支路數(shù)22245．估算每槽導(dǎo)體所占面積46．選擇每槽導(dǎo)體數(shù)注意：選偶數(shù)22222047．電樞繞組節(jié)距單層匝數(shù)=222220雙層匝數(shù)= 11111048．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) (q=2,3,4或5)13213212049． 線負(fù)荷50．估算每根導(dǎo)體的截面積51．每根導(dǎo)線并 繞根數(shù)n33352．電樞線規(guī)裸徑/絕緣徑 /截面積 53．電樞繞組電密 54．每槽導(dǎo)線所 占面積55．槽滿率56．繞組系數(shù)Kdp57．定子斜槽因數(shù)（一般，可不計(jì)算）11158．每極磁通180665659．電機(jī)鐵芯長度60．電樞鐵心長61．磁極鐵心長62．磁極鐵心凈長 63．鐵心有效長64．鐵心純長65．電樞繞組尺寸(1) (y以槽數(shù)計(jì))(2)(3)(4)(5) 66．每相電樞繞組長67．電樞繞組每相電阻 （歐）(1)在75℃時(shí)(歐)(2)在20℃時(shí) (歐)68．電樞繞組銅重 (千克)69．電樞繞組銅毛重 (千克)五、磁路計(jì)算70．氣隙磁密8100750071．氣隙安匝72．電樞齒磁密 158001660073．電樞齒磁場強(qiáng)度， 根據(jù)查表174．電樞齒計(jì)算高度75．電樞齒安匝數(shù)76．電樞軛高度77．電樞軛計(jì)算高度78．電樞軛磁密145711349279．電樞軛磁路長（拼片定子）80．電樞軛磁通分布系 數(shù) 根據(jù)查表481．電樞軛磁場強(qiáng)度 根據(jù)查表11682．電樞軛安匝數(shù)83．電樞齒軛及氣隙安 匝和84．極掌漏磁常數(shù)85．極身漏磁常數(shù) =為壓板厚86．磁極漏磁常數(shù)87．每極漏磁通88．磁極磁通1714332187724789．漏磁系數(shù) P 2 4 6 時(shí) 90．磁極極身截面= （1m/m鋼片）91．磁極 極身磁密 14000~1560092．磁極極身磁場強(qiáng)度，根據(jù)查表293．磁極極身安匝94．磁軛高度95．轉(zhuǎn)子磁軛路長96．轉(zhuǎn)子磁軛長度97．轉(zhuǎn)子磁軛磁密 =98．轉(zhuǎn)子磁軛磁場強(qiáng)度，根據(jù) 查表399．轉(zhuǎn)子磁軛安匝數(shù)100．殘隙長度101．殘隙處截面102．殘隙磁密103．殘隙安匝數(shù)104．每極空載的磁安匝數(shù)六、參數(shù)計(jì)算105．電樞槽單位漏比磁導(dǎo) 從曲線3查出[的計(jì)算公式見附錄二]106．槽面積107．108．109．互感漏磁導(dǎo)110．.電樞槽漏磁比磁導(dǎo)111．.電樞繞組等效節(jié)距112．電樞繞組端接漏磁比磁導(dǎo)113．曲折比漏磁導(dǎo)114．相帶漏磁比磁導(dǎo)（1）q=整數(shù)（，無阻尼籠）根據(jù)y從曲線5查出，或用公式計(jì)算見附錄三（2）q=分?jǐn)?shù)115．每相電阻標(biāo)幺值116．每相定子漏抗117．每相漏磁電抗標(biāo)么值118．空載額定電壓時(shí)的氣隙與殘隙磁勢和119．每相電樞反應(yīng)磁勢120．直軸電構(gòu)反應(yīng)常數(shù) 查曲線4121．橫軸電樞反應(yīng)常數(shù)查曲線4122．直軸電樞反應(yīng)磁勢123．橫軸電樞反應(yīng)磁勢124．直軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)么值125．橫軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)么值126．直軸同步電抗標(biāo)么值
。但是高槽滿率會(huì)給嵌線帶來困難并增加嵌線工時(shí)。同時(shí)，槽滿率變小會(huì)導(dǎo)致電樞繞組每相電阻變大，使得電組銅耗上升，降低了電機(jī)的效率。氣隙大了會(huì)使電機(jī)的空載電流加大，以至于出力減小，而氣隙太小則會(huì)造成轉(zhuǎn)子和定子的磨擦加大，俗稱為掃膛，這樣會(huì)使電機(jī)損壞，并且若氣隙過小還會(huì)導(dǎo)致氣隙諧波磁場增大，電機(jī)雜散損耗和噪聲增加，最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，而且裝配也回變的相當(dāng)困難。如果氣隙越大，則磁阻越大，勵(lì)磁損耗加大，勵(lì)磁電流加大，導(dǎo)致功率因素下降，所以一般要求氣隙越小越好。一般情況下定子是經(jīng)過沖壓加工后液壓疊加工而成，而轉(zhuǎn)子是經(jīng)車加工的。因此正確選定及計(jì)算這些參數(shù)是極重要的。另一方面漏抗又不宜過大，否則會(huì)引起同步電動(dòng)機(jī)的電壓變化率增大，感應(yīng)電機(jī)的功率因數(shù)、最大和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低，直流電機(jī)的換向條件惡化等。繞組電抗的大小亦對所設(shè)計(jì)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行性能有很大的影響。電阻越大，電機(jī)運(yùn)行時(shí)繞組中的電損耗就較大，繞組中的瞬變電流增長或衰減速度則較快。電阻的大小不僅影響電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，并且與電機(jī)的運(yùn)行性能亦有極密切的關(guān)系。 電機(jī)參數(shù)對電機(jī)的影響電阻、電抗是電機(jī)的重要參數(shù)。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(hù)型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計(jì)算中所選負(fù)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。電磁設(shè)計(jì)：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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算和方案比較，來確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)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。故VR2的運(yùn)算功能為： 為了求得有效磁通的大小及相對α軸的空間位置角可采用K/P變換，即為了計(jì)算出電樞電流中的等效勵(lì)磁電流分量，還需要求出功率角θ，這可以通過矢量旋轉(zhuǎn)變換VR3來實(shí)現(xiàn)。如果不考慮磁路的非線性，則與稱正比，與成正比，即有（圖中I/φ變換器的運(yùn)算功能） 式中分別為與磁路工作點(diǎn)有關(guān)的d、q軸比例系數(shù)。即 再經(jīng)過矢量旋轉(zhuǎn)變換VR1，變換成轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系中的分量和： 式中是來自磁極位置運(yùn)算器的輸出。這樣，通過矢量的旋轉(zhuǎn)變換VR4以及2φ/3φ變換，就可以獲得三相電樞電流的給定值，其運(yùn)算過程為： 以及 而供給磁場繞組的電流可以寫成：由于為電樞電流中產(chǎn)生有效磁通的等效勵(lì)磁電流分量，故是一個(gè)無功電流。磁極位置運(yùn)算器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測到的磁極位置，計(jì)算并輸出轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的空間位置角度供坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使用。與此同時(shí)，根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速的大小，按基頻一下恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩），基頻以上弱磁通（恒功率）的調(diào)節(jié)規(guī)律，由函數(shù)發(fā)生器給出有效磁通給定值。速度給定值與實(shí)測的轉(zhuǎn)子速度相比較，其誤差信號控制速度調(diào)節(jié)器ST，使其輸出為保持速度給定所需的轉(zhuǎn)矩給定值。由于與相互垂直，調(diào)節(jié)中相互不影響，在同步速旋轉(zhuǎn)的MT坐標(biāo)系中又都是些直流量，因此可以和直流電機(jī)一樣靈活的進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的控制和調(diào)整，這就是同步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制的基本思想。在同步電機(jī)的矢量變換控制中，選擇氣隙有效磁通矢量作為磁場定向坐標(biāo)系M軸的方向，逆時(shí)針領(lǐng)先90度電角度的方向?yàn)門軸方向，因此電樞電流矢量可以分解出相應(yīng)的等效勵(lì)磁電流分量和等效轉(zhuǎn)矩電流分量。磁化電流矢量則為電樞電流矢量和磁場電流矢量的合成矢量，而氣隙有效磁通矢量則為電樞反應(yīng)磁通矢量與磁場磁通矢量的合成矢量。MTi1It1φmωmωΦf其中電流矢量應(yīng)看做為與相應(yīng)磁勢等效的空間矢量。這樣一種控制思想完全可以應(yīng)用到同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)控制中。通過坐標(biāo)變換，將三相定子電流分解為與轉(zhuǎn)子磁通同方向的等效勵(lì)磁電流及與轉(zhuǎn)子磁通方向垂直的等效轉(zhuǎn)矩電流。電機(jī)側(cè)的控制系統(tǒng)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子位置檢測器和一個(gè)r脈沖分配器，它受低速部分邏輯單元控制，根據(jù)四象限運(yùn)行需要，把相應(yīng)脈沖分配輸送到逆變器的各晶閘管中。調(diào)速控制部分和直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)基本相同，是一個(gè)由電流環(huán)和速度環(huán)組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中還包括有邏輯控制和零電流檢測單元。因?yàn)槌霈F(xiàn)功角θ的主要原因是存在交軸電樞反應(yīng)，在一定電流下，若Xq越小，功角也越小，γ隨負(fù)載減小的趨勢變?nèi)?，因此電機(jī)的過載能力得到提高。 采用勵(lì)磁電流隨負(fù)載比例變化的控制方法，此時(shí)空載電勢相應(yīng)增大，整個(gè)矢量圖按比例放大，θ角將保持不變，從而電機(jī)過載能力得到顯著提高。具體的措施有： 把阻尼繞組裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上或者采用整鑄磁極，利用它的阻尼作用減少換流電抗，從而減小換流重疊角。當(dāng)負(fù)載達(dá)到一定大小，接近tq時(shí)，無換向器電機(jī)將要達(dá)到換流極限，也就是它的最大負(fù)載能力。由于θ和μ角都隨負(fù)載的增大而增加，在恒定的情況下?lián)Q流剩余角將隨負(fù)載增加而減小。240012003Ed=250v150v50v20v無換向器電機(jī)空載時(shí)換流超前角整定為，電機(jī)負(fù)載后由于同步電機(jī)功角θ的影響，電機(jī)端電壓的相位將會(huì)前移θ角，這樣會(huì)使負(fù)載換流超前角減小為。通常采用的方法是改變直流電壓來達(dá)到調(diào)速的目的