【正文】 11 11iDAN mI? ?? （ 312） 其中1 1 cosN PI mU ??? （ 313） 對于無刷雙饋電機，按電負(fù)荷。在雙饋電機采用雙繞組方案時，兩套繞組共嵌于同一定子鐵心，產(chǎn)生的磁場通過同一個 磁路。 11 1 1130si n si n 222 30si n 2 si n22d p dp pqK K Kq??? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? （ 38） 1 1 110si n 62 1106 si n2d p c d c pK K K???????? ? ? ?= 電流密度 J1 的選擇及線規(guī)、并繞根數(shù)和并聯(lián)之路數(shù)的確定 初選定子電密 1pJ =, 1cJ =11111tcINA aJ? 其中定子電流初算值 11 cosNPI mU ??? （ 39） 取并聯(lián)支路數(shù) 1a =1 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 功率繞組 31 3 1 03 2 2 0 0 .8 2 0 .8 2pI ?? ? ? ?= （ 310） 控制繞組 31 1 103 22 0 2 2cI ?? ? ? ?= 取并聯(lián)支路數(shù) 1a =1 則 所以 ? ?11 61 pNA ? ?= （ 311） ?cct AN )( 11 ? = mm2 取并繞根數(shù) Nt1=1 功率繞組選取線徑 d1= mm，絕緣后線徑 mm 控制繞組選取線徑 d1= mm, 絕緣后線徑 mm 定子繞組的匝數(shù)和線規(guī)的選擇與電機的出力和性能密切相關(guān)。雙繞組方案雖然槽利用率低些，材料用量多，但設(shè)計容易，便于獲得主、副繞組之間較理想的禍合關(guān)系。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 繞組分布系數(shù) 111sin 2sin 2dqKq????????? （ 36） 其中 11 362 2 3 3p Zq mp????=2 （ 37） 11 362 2 3 1c Zq mp????=6 30p?? ， 10c?? 為產(chǎn)生兩個不同極數(shù)的磁場，無刷雙饋電機的定子繞組既可采用單繞組方案，也可采用雙繞組方案。 1 556566ppy ?? ? ? ? 1 551 8 1 566ccy ?? ? ? ? 此時兩定子繞組既可保證繞組的有效性，又減少不必要的諧波分量。這里，產(chǎn)生分別選取， 例如，對于定子槽數(shù)為 36 的（ 6+2）極無刷雙饋電機，當(dāng)采單繞組方案時線圈節(jié)距的選取應(yīng)兼顧建立較大 6 極和 2 極磁場的需要。對于一臺定子 36 槽的電機，按照定子繞組產(chǎn)生 6 極和 2 極磁場的要求，當(dāng)選用單繞組方案時，由于產(chǎn)生兩種極對數(shù)磁場的繞組為同一繞組，只有一種線圈節(jié)距，從兼顧兩種磁場的要求出 發(fā)，選用節(jié)距 y=15。 繞組節(jié)距的選擇除了應(yīng)使繞組的有效匝數(shù)盡可能大外，還應(yīng)考慮到盡量減少兩個定子繞組之間的直接禍合，以減少繞組電流中的諧波分量，進(jìn)而減少附加損耗。為了使繞組設(shè)計有較大的選擇余地，無刷雙饋電機多采用雙繞組方案。如果采用單繞組方案， 2 pP 極和 2 cP 極共用相同的繞組，只有一種線圈節(jié)距。當(dāng)采用獨立的雙繞組方案時，節(jié)距選擇具有較大的靈活性。單繞組方案中繞組通常采用 3Y 聯(lián)結(jié)，兩組電源分別從兩個端口供電。 選擇 ? 值時，通常主要考慮： (1)參數(shù)與溫升， (2)節(jié)約用銅 (鋁 )， (3)轉(zhuǎn)子的機械強度， (4)轉(zhuǎn)動慣量等方面的限制或要求。此外，為了保證轉(zhuǎn)子有足夠的剛度，必須采用 較租的轉(zhuǎn)軸。 (5)由于電機細(xì)長，線圈數(shù)目常較粗短的電機為少，因而使線圈制造工時和絕緣材料的消耗減少。為此必須采取措施來加強冷卻，例如采用較復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)。一般情況下，這將使總漏抗減小。再考慮到電流密度一定時，端部銅（鋁 )耗將減小，因此電機中總損耗下降，效率提高。 (2)今電機的體積末變，因面鐵的質(zhì)量 M 不變，在同一磁密下基本鐵耗也不變。端蓋、軸承、刷架、換向器和繞組支架等結(jié)構(gòu)部件的尺寸較小，重 量較輕。 由式 31 得到定子鐵心內(nèi)徑 1iD =119mm 鐵心設(shè)計 由 V= 2 2 31 1 12i e f i iD l D Dp?????? （ 34） 得極距 ? = 鐵心有效長度 efl = 由于定子沖片內(nèi)徑 1iD 與外徑 1D 間存在一定的比例關(guān)系， 即 dK =11DDi = （ 35） 可 得到 1D =175mm mmD ? mmDi 382 ? 可選取 中心高 H=112mm 定子槽數(shù) 1Z =36 轉(zhuǎn)子槽數(shù) 2Z =28 若 2D efl 不變， ? 較大： (1)電機將較細(xì)長，即 較efl 大面 D 較小。同樣，在內(nèi)極式電機中，電樞內(nèi)徑變小時，勵磁繞組能夠占用的空間也將變小，這就限制了勵磁磁勢的數(shù)值，使電樞反應(yīng)磁勢和與之密切有關(guān)的電負(fù)荷 A 及 ?B 都不能取得太高。因此，當(dāng)電機功率較小時 (通常直徑也較小 )，若為平行槽壁，則 ?B 的數(shù)中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 值將因受齒極磁密限制而不能取得過高，因為通常齒部磁密最大值有一定限制，超過此值后，勵磁電流和鐵耗將迅速增加；同時，還因齒根磁密的限制而使槽不能太深，從面限制了槽空間的大小和電負(fù)荷 A的數(shù)值。圓周速度較高的電 機，其轉(zhuǎn)子與氣隙中冷卻介質(zhì)的相對速度較大，因而冷卻條件有所改善， A、 ?B 可選得大些。電樞繞組采用鋁線時，由于其電阻率較大，為保證足夠的安放空間以免電損耗過 大，往往采用比鋼線時較低的電磁負(fù)荷。 電機所用的材料與絕緣結(jié)構(gòu)的等級也直接影響電磁負(fù)荷的選擇。 電機的冷卻條件對電磁負(fù)荷的選用也有重要影響。因為這一比值不僅影響電機的參數(shù)和特性，而且同鋼 (鋁 )耗與鐵耗的分配密切有關(guān)，也即會影響電機效率曲線上出現(xiàn)最高效率的位置。 由上可見，應(yīng)從電機綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)來選取最合適的 A 和 ?B 值，以便使制造和運行的總費用最小而且性能良好。 (6)改變了電氣參數(shù)與電機特性。有時還會因勵磁繞組體積過大而使布置發(fā)生困難 (內(nèi)極式電機 )，或?qū)е麓艠O與電機外形尺寸加大 (外極式電機 )。 ?B 提高后，一方面直接增大了氣隙磁位降的數(shù)值；另一方面，由于鐵內(nèi)磁密增大而使磁路飽和程度增加。而電摳的基本錢耗系等于其鐵心質(zhì)量和比損耗的乘積，因此 ?B 提高后，將導(dǎo)致電樞鐵耗增加，效率降低，在冷卻條件不變時，溫升也將升高。這是因為 ?B 提高后，在其他條件不變時，雖會使 1iD 與電樞鐵心質(zhì)量減小，但因電樞鐵心中的磁密與 ?B 間有一定的比例關(guān)系，鐵內(nèi)磁密將相應(yīng)增加，鐵的比損耗 (即單位質(zhì)量鐵心中的損耗 )是與鐵內(nèi)磁密的平方成正比的。 ?B 的選取過大時，會對電機造成以下影響： 電機的尺寸和體積 將較小，可節(jié)省鋼鐵材料。 A 若選的較大，就相應(yīng)要選小些，但這會使繞組用料增加。這是因為繞組有效部分（即槽內(nèi)部分）的 銅（鋁）耗在 ? 與 J一定時，隨著電負(fù)荷 A的增大而增大。 (3)繞組用鋼（鋁）量將增加，這是由于電機的尺寸小了，在 ?B 不變的件下，每極磁通將變小，為了產(chǎn)生一定的感應(yīng)電動勢，繞組匝數(shù)必須增多。當(dāng) A的值選取過高時有以下特點： (1)電機的尺寸和體積將較小，可節(jié)省鋼鐵材料。這就是在可能情況下，一般總希望選取較高的 A和 ?B 值的原因。當(dāng)計算功率 P’與轉(zhuǎn)速 n一定時，電機的主要尺寸決定于電磁負(fù)荷 A、 ?B 。 21i efDl = V =16 .1 1p N m d pPK K A B n?????? （ 32） 式中 :A 為線負(fù)荷 選取 25000A/m 電負(fù)荷的確定定子兩套繞組均勻分布在定子鐵心槽內(nèi)， BDFM 正常工作時兩套繞組同時通電，因此 BDFM 的電負(fù)荷應(yīng)為 : 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 cp AAA ?? （ 33） 其中 pA =32 A cA =31 A pA cA 應(yīng)根據(jù)兩套繞組的數(shù)據(jù)計算，考慮該電機發(fā)熱問題，一般而言 A的取值不應(yīng)大于常規(guī)電機的取值。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 圖 24 各種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 第三章 無刷雙饋電機的設(shè)計 基礎(chǔ)參數(shù) 控制繞組輸出功率 nP =1kw 功率繞組輸出功率 nP =3kw 功率因數(shù) ?cos = 效率 %82?? 功率繞組極對數(shù) P=3 控制繞組極對數(shù) P=1 接法為 Y型連 接 相電壓電壓基準(zhǔn)值 ?U =220V 無刷雙饋電機的設(shè)計 主要尺寸的計算 首先根據(jù)電機的額定功率 ,得出計算功率 39。 無刷雙饋電機通常采用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)開型式有四種。 圖 23 雙繞組結(jié)構(gòu)接線圖 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子同時耦合著極數(shù)不同的功率繞組和 控制繞組 ,常稱為“極數(shù)轉(zhuǎn)換器” ,其作用的強弱直接影響著電機的性能。設(shè)計中有較大的選擇余地，便于獲得主、副繞組之間較理想的耦合關(guān)系。 采用單繞組的好處是定子槽和繞組的利用率高，增加導(dǎo)體截面積，銅損耗相對小些，但 設(shè)計困難，考慮因素較多，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及線圈布置上存在局限性，尤其是設(shè)計不當(dāng)時，諧波成分增加，反而會降低電機效率，影響電機的性能，不易得到主、副繞組兩全其美的方案。此時，極數(shù)分別為 cp pp 22 和 的兩套三相對稱繞組相互獨立，可按各自要求選取最佳的繞組節(jié)距和繞組排列，特別是可有目的地消除某些諧波影響，兩種極數(shù)的繞組皆能得到較充分的利用，使設(shè)計具有較大的選擇余地，定子繞組的設(shè)計具有靈活性。這樣由于不同極數(shù)磁場的電磁功率與極對數(shù)成正比，引起的環(huán)流影響可以得以削弱。 一般情況下電機生成 兩種極數(shù)磁場時三相之間都能保持對稱，但從一相的并聯(lián)支路來看可能會在某一種極對數(shù)連接時 (如 1?cp 連接時 )因支路線圈間參數(shù) (如互感 )不相等而呈現(xiàn)各支路電勢的不平衡，引起支路間的環(huán)流。當(dāng) a, b, c 端口接三相對稱電源時，繞組生成 2 極磁場。 ，定子 36 槽，利用自并聯(lián)技術(shù)得出了符合條件的定子繞組的 60 度相帶和 120 度相帶的繞組連接如下圖所示，“一”號表示電流反向。根據(jù)這個構(gòu) 成原則，定子繞組需要采用多并聯(lián)支路方式進(jìn)行連接，并盡可能使三相繞組實現(xiàn)最佳分布。兩種不同頻率的電流同時流入不同的端口時，在電機 內(nèi)形成不同極數(shù)、不同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場 。不論采用哪種結(jié)構(gòu)，都嚴(yán)格禁止功率繞組和勵磁繞組之間的直接功率傳遞。 無刷雙饋電機的鐵芯和一般的交流電機鐵芯無異，但是，為了在氣隙中產(chǎn)生兩種不同極對數(shù)的磁場，無刷雙饋電機的定子繞組卻與傳統(tǒng)交流電機有較大的不同。綜合分析表明無刷雙饋電機功率繞組和控制繞組極對數(shù)應(yīng)滿足 ( pc pp? )1。 功率繞組和控制繞組極對數(shù) ( cp pp和 )的確定與無刷雙饋電機調(diào)速范圍、變頻裝置的額定容量、電機的運行特性等有密切的關(guān)系。同理要求 cp 極對旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中的感應(yīng)電勢 ,也應(yīng)在 極pp 對繞組的出線端間無電勢差 ,不引起變頻電源的附加電流。從目前的研究來看一般多采用 2套定子繞組。但如繞組設(shè)計不當(dāng) ,會出現(xiàn)較多的空間諧波。 無刷雙饋電機定子繞組可以由 1 套也可以由彼此絕緣的 2 套繞組構(gòu)成 ,但嚴(yán)格禁止功率繞組和控制繞組間有的直接功率傳遞。 a) b) 圖 21 無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子形式展開圖 無刷雙饋電機的結(jié)構(gòu)特征 定子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征 無刷雙饋電機的定子鐵心與普通交流電機基本相同 ,研制時可借用現(xiàn)有相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的定子沖片 ,以降低制造成本。在國內(nèi)文獻(xiàn)中也稱籠型無刷雙饋電機。兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的形式 . 第一種轉(zhuǎn)子型式的無刷雙饋電機稱為無刷雙饋磁阻電機 (Brushless DoublyFed Reluctance Machines 簡稱 BDFRM)。但是，單套繞組方案由于要兼顧功率繞組和控制繞組二者的性能，特別是要求單套繞組在連接成功率繞組和控制繞組時要保證各并聯(lián)之路均具有相同的電勢，從而限制了繞組設(shè)