對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)存在的問題及未來發(fā)展趨勢(shì)的探討

歐陽(yáng)山 趙誠(chéng) 郭耀東

摘要：電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是電氣工程領(lǐng)域中一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的研究熱點(diǎn)。所謂電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是指在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、用戶要求以及特定約束的條件下，使電機(jī)效率、體積、功率、重量等設(shè)計(jì)性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的一種設(shè)計(jì)技術(shù)。本文結(jié)合我國(guó)目前電機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，簡(jiǎn)單介紹電機(jī)設(shè)計(jì)存在的問題和未來發(fā)展趨勢(shì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：電機(jī)設(shè)計(jì) ；問題；發(fā)展趨勢(shì)

引言：電機(jī)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程.是指在滿足國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以用戶的需要為中心.進(jìn)行電機(jī)的體積、功能、功率、效率和重量的一系列參數(shù)的設(shè)計(jì)，使其達(dá)到最優(yōu)的一項(xiàng)重要的工作。通常電機(jī)設(shè)計(jì)具有混合性、約束性和非線性的特點(diǎn)，是科技水平和生產(chǎn)力發(fā)展的一項(xiàng)重要的標(biāo)志。當(dāng)前電機(jī)設(shè)計(jì)集中在變量的優(yōu)化項(xiàng)目上，目的在于建立對(duì)于電機(jī)需要和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)函數(shù)模型，在列出相關(guān)約束條件的基礎(chǔ)上，通過尋優(yōu)策略形成最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而以相應(yīng)的算法和優(yōu)化程序計(jì)算得出優(yōu)化的結(jié)果，以此來滿足各方面的要求和需要。當(dāng)前電機(jī)設(shè)計(jì)還應(yīng)該考慮到所用算法的穩(wěn)定性，要堅(jiān)持電機(jī)設(shè)計(jì)算法的通用性和收斂性這樣才能夠在確保計(jì)算效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)計(jì)的合理和科學(xué)性。新時(shí)期電機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)引起了行業(yè)的廠泛關(guān)注，每年電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域都有重大的突破，對(duì)于電機(jī)設(shè)計(jì)的爭(zhēng)論和研討正趨于逐步活躍.在這樣百家爭(zhēng)鳴的環(huán)境中.就更應(yīng)該抓住電機(jī)設(shè)計(jì)的核心.通過對(duì)中心問題的突出和強(qiáng)化提高電機(jī)設(shè)計(jì)的水平，縮辣我國(guó)電機(jī)設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，為電機(jī)設(shè)計(jì)工作適應(yīng)電力工作的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)總體工作的完善起到進(jìn)一步的推動(dòng)作用。

1 變頻電壓運(yùn)行時(shí)對(duì)電機(jī)工作的影響

在電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，變頻電壓器作為供電電源，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)中的電壓有著高層次和諧波的分量，對(duì)電壓外表體現(xiàn)出非正弦性。這些損耗都會(huì)使電機(jī)效率和功率因數(shù)降低。而在大部分變成熱能后，就會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱，從而導(dǎo)致變頻電機(jī)的溫度增加。對(duì)于電壓型變頻器的輸出波形應(yīng)對(duì)應(yīng)變頻電機(jī)的影響依次是：高次諧波、大數(shù)值、高 / 低頻軸電流。對(duì)于變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理采取、避免、減小應(yīng)用變頻器所帶來的影響，應(yīng)以最佳的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果來使電機(jī)系統(tǒng)更加完善。

2 雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制器

半導(dǎo)體開發(fā)出的高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備，繼承了非傳感控制檢測(cè)功能，這款電機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)過程，應(yīng)以可靠性和減少元件數(shù)量、板上空間為主，這樣做的意義在于降低產(chǎn)品成本。非傳感控制檢測(cè)功能的設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)多軸定位系統(tǒng)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種循環(huán)操作主要是完成定位校準(zhǔn)和半封閉的精確定位。這是半導(dǎo)體步進(jìn)電機(jī)未來雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，可用于拍攝上下擺動(dòng)的全景，也可作為相機(jī)放膠倍數(shù)的作用。微控制器的總線，可以驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)電機(jī)，更能夠支持結(jié)構(gòu)緊湊的攝像機(jī)，這樣能夠有效降低成本，提高工作的準(zhǔn)確性。這一系列的器件，主要能夠針對(duì)具有運(yùn)動(dòng)控制功能的攝像機(jī)進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)攝像，并能夠使用該功能進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)預(yù)編程，減少了工程師的編程工作。如果使用器件內(nèi)的閃存版本，更能夠在開發(fā)測(cè)試應(yīng)用軟件后進(jìn)行再編程，加快器件設(shè)計(jì)更新的速度。

3 步進(jìn)電機(jī)的精確動(dòng)態(tài)控制

近些年來，伴隨著步進(jìn)電機(jī)被越來越廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)之中，電機(jī)設(shè)計(jì)人員對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確度定位亦提出了更高的要求，尤其是步進(jìn)電機(jī)因其高能效、高性能、較小的體積等諸多特性，使其也被逐漸應(yīng)用于紡織機(jī)、機(jī)械人、計(jì)算機(jī)數(shù)控銑雕機(jī)等設(shè)備。

該系列的 IC，其內(nèi)置 2 個(gè) H 橋，可以將雙相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以最大 1600MA 驅(qū)動(dòng)。而速度與負(fù)載角的輸出方式，也使得主微控制器無須設(shè)置額外的開關(guān)、霍爾傳感器或者光學(xué)編碼器，就能夠直接檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的實(shí)際運(yùn)行以及結(jié)束狀況。除此之外，該功能還能夠使設(shè)計(jì)人員為微控制器編程，以轉(zhuǎn)子位置為主，按照實(shí)際要求調(diào)解電流與速度，以防止失步。可以說其不僅完美地實(shí)現(xiàn)了微步進(jìn)，消除了在終點(diǎn)停止時(shí)產(chǎn)生的噪聲與震動(dòng)，還能夠在無須添加元器件的情況下，進(jìn)一步提升運(yùn)動(dòng)控制的精確度與可靠性。

而在構(gòu)建加工、汽車、安全、建筑自動(dòng)化等方面的應(yīng)用上，因?yàn)?ASSP 的嵌入，設(shè)計(jì)師已經(jīng)再也不用擔(dān)心運(yùn)動(dòng)算法中的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，只需要對(duì)電機(jī)的總體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。相關(guān) IC 又能夠?qū)崿F(xiàn)無傳感器失速檢測(cè)，不僅進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)工作，也加快了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際上市時(shí)間。這些新的微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，還可使設(shè)計(jì)人員用最少的元件和最低的材料成本，快速而簡(jiǎn)便地完成動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用。

4電機(jī)設(shè)計(jì)的未來發(fā)展

無論從國(guó)內(nèi)的電機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)際.還是從國(guó)外電機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)上看，我們都能得出一個(gè)相同的結(jié)論-現(xiàn)代技術(shù)和理論在電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越深入、越來越廣泛，如何選擇好適于不同類型電機(jī)的設(shè)計(jì)方法成為電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.也成為電機(jī)能否占據(jù)市場(chǎng)的主要依據(jù)和參考。新時(shí)期應(yīng)該對(duì)原有的電機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)上、測(cè)量上的改進(jìn)和優(yōu)化，探索新式電機(jī)設(shè)計(jì)的途徑和方法。在電機(jī)設(shè)計(jì)的未來發(fā)展中，應(yīng)該更加汪重設(shè)計(jì)原理、材料結(jié)構(gòu)和加工工藝萬面的應(yīng)用.力爭(zhēng)在這些方面形成重大的改進(jìn)和突破，形成對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)工作技術(shù)和基礎(chǔ)上雙方面的支持，在更為有效地掌握電機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)律的同時(shí)，形成電機(jī)設(shè)計(jì)的逐步深化，確保電機(jī)設(shè)計(jì)收到良好的效果，從整體上推進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)工作的高效化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，為電力事業(yè)發(fā)展做出基礎(chǔ)性、和技術(shù)性的探索和實(shí)踐工作。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)科技水平的不斷進(jìn)步，電機(jī)設(shè)計(jì)作為工業(yè)發(fā)展生產(chǎn)中的重要科技手段，日益成為大中型生產(chǎn)制造企業(yè)關(guān)注的問題。從世界電機(jī)發(fā)展的歷史來看，我國(guó)電機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展起步較晚，電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域最早的是在汽車和工業(yè)。隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的產(chǎn)生，電機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用面在不斷擴(kuò)大。電機(jī)應(yīng)用在汽車領(lǐng)域是電氣化發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志，高能效的電機(jī)不但能夠替代傳統(tǒng)的引擎動(dòng)力，還能夠代替皮帶和齒輪驅(qū)動(dòng)，對(duì)傳統(tǒng)的電機(jī)方案是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。電機(jī)的使用壽命周期就是能源成本，而采用更高效的電機(jī)，能夠大大節(jié)約成本。在電機(jī)設(shè)計(jì)過程中，提高高效的電機(jī)設(shè)計(jì)通常會(huì)遇到一些問題，如何根據(jù)未來電機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展來解決這些問題，成為目前亟須解決的重點(diǎn)。

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