歐陽山 趙誠 郭耀東

摘要：電機的優(yōu)化設計技術是電氣工程領域中一個長盛不衰的研究熱點。所謂電機優(yōu)化設計，是指在滿足國家標準、用戶要求以及特定約束的條件下，使電機效率、體積、功率、重量等設計性能指標達到最優(yōu)的一種設計技術。本文結(jié)合我國目前電機設計的實際情況，簡單介紹電機設計存在的問題和未來發(fā)展趨勢，以供參考。

關鍵詞：電機設計 ；問題；發(fā)展趨勢

引言：電機設計工作是一項系統(tǒng)性工程.是指在滿足國家和行業(yè)標準的前提下，以用戶的需要為中心.進行電機的體積、功能、功率、效率和重量的一系列參數(shù)的設計，使其達到最優(yōu)的一項重要的工作。通常電機設計具有混合性、約束性和非線性的特點，是科技水平和生產(chǎn)力發(fā)展的一項重要的標志。當前電機設計集中在變量的優(yōu)化項目上，目的在于建立對于電機需要和相關標準的目標函數(shù)模型，在列出相關約束條件的基礎上，通過尋優(yōu)策略形成最優(yōu)的設計方案，進而以相應的算法和優(yōu)化程序計算得出優(yōu)化的結(jié)果，以此來滿足各方面的要求和需要。當前電機設計還應該考慮到所用算法的穩(wěn)定性，要堅持電機設計算法的通用性和收斂性這樣才能夠在確保計算效率的同時，實現(xiàn)電機設計的合理和科學性。新時期電機設計已經(jīng)引起了行業(yè)的廠泛關注，每年電機設計領域都有重大的突破，對于電機設計的爭論和研討正趨于逐步活躍.在這樣百家爭鳴的環(huán)境中.就更應該抓住電機設計的核心.通過對中心問題的突出和強化提高電機設計的水平，縮辣我國電機設計水平與發(fā)達國家的差距，為電機設計工作適應電力工作的發(fā)展，實現(xiàn)對社會總體工作的完善起到進一步的推動作用。

1 變頻電壓運行時對電機工作的影響

在電機調(diào)速控制系統(tǒng)中，變頻電壓器作為供電電源，對整個供電系統(tǒng)中的電壓有著高層次和諧波的分量，對電壓外表體現(xiàn)出非正弦性。這些損耗都會使電機效率和功率因數(shù)降低。而在大部分變成熱能后，就會引起電機發(fā)熱，從而導致變頻電機的溫度增加。對于電壓型變頻器的輸出波形應對應變頻電機的影響依次是：高次諧波、大數(shù)值、高 / 低頻軸電流。對于變頻電機的設計過程中應合理采取、避免、減小應用變頻器所帶來的影響，應以最佳的經(jīng)濟技術效果來使電機系統(tǒng)更加完善。

2 雙極步進電機驅(qū)動及控制器

半導體開發(fā)出的高效驅(qū)動電機設備，繼承了非傳感控制檢測功能，這款電機設備的設計過程，應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。非傳感控制檢測功能的設計，主要是針對多軸定位系統(tǒng)和遠程系統(tǒng)進行設計，這種循環(huán)操作主要是完成定位校準和半封閉的精確定位。這是半導體步進電機未來雙極步進電機驅(qū)動的一個發(fā)展趨勢，可用于拍攝上下擺動的全景，也可作為相機放膠倍數(shù)的作用。微控制器的總線，可以驅(qū)動 3 個電機，更能夠支持結(jié)構(gòu)緊湊的攝像機，這樣能夠有效降低成本，提高工作的準確性。這一系列的器件，主要能夠針對具有運動控制功能的攝像機進行場內(nèi)攝像，并能夠使用該功能進行場內(nèi)預編程，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)測試應用軟件后進行再編程，加快器件設計更新的速度。

3 步進電機的精確動態(tài)控制

近些年來，伴隨著步進電機被越來越廣泛的應用于各行各業(yè)之中，電機設計人員對步進電機的精確度定位亦提出了更高的要求，尤其是步進電機因其高能效、高性能、較小的體積等諸多特性，使其也被逐漸應用于紡織機、機械人、計算機數(shù)控銑雕機等設備。

該系列的 IC，其內(nèi)置 2 個 H 橋，可以將雙相步進電機驅(qū)動以最大 1600MA 驅(qū)動。而速度與負載角的輸出方式，也使得主微控制器無須設置額外的開關、霍爾傳感器或者光學編碼器，就能夠直接檢測到轉(zhuǎn)子的實際運行以及結(jié)束狀況。除此之外，該功能還能夠使設計人員為微控制器編程，以轉(zhuǎn)子位置為主，按照實際要求調(diào)解電流與速度，以防止失步?？梢哉f其不僅完美地實現(xiàn)了微步進，消除了在終點停止時產(chǎn)生的噪聲與震動，還能夠在無須添加元器件的情況下，進一步提升運動控制的精確度與可靠性。

而在構(gòu)建加工、汽車、安全、建筑自動化等方面的應用上，因為 ASSP 的嵌入，設計師已經(jīng)再也不用擔心運動算法中的動力學設計，只需要對電機的總體運動進行設計。相關 IC 又能夠?qū)崿F(xiàn)無傳感器失速檢測，不僅進一步簡化了設計師的設計工作，也加快了設計產(chǎn)品的實際上市時間。這些新的微型步進電機驅(qū)動器，還可使設計人員用最少的元件和最低的材料成本，快速而簡便地完成動態(tài)運動應用。

4電機設計的未來發(fā)展

無論從國內(nèi)的電機設計實際.還是從國外電機設計發(fā)展趨勢上看，我們都能得出一個相同的結(jié)論-現(xiàn)代技術和理論在電機設計中的應用越來越深入、越來越廣泛，如何選擇好適于不同類型電機的設計方法成為電機設計的關鍵.也成為電機能否占據(jù)市場的主要依據(jù)和參考。新時期應該對原有的電機設計進行技術上、測量上的改進和優(yōu)化，探索新式電機設計的途徑和方法。在電機設計的未來發(fā)展中，應該更加汪重設計原理、材料結(jié)構(gòu)和加工工藝萬面的應用.力爭在這些方面形成重大的改進和突破，形成對電機設計工作技術和基礎上雙方面的支持，在更為有效地掌握電機設計規(guī)律的同時，形成電機設計的逐步深化，確保電機設計收到良好的效果，從整體上推進電機設計工作的高效化目標實現(xiàn)，為電力事業(yè)發(fā)展做出基礎性、和技術性的探索和實踐工作。

4 結(jié)語

隨著我國科技水平的不斷進步，電機設計作為工業(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)關注的問題。從世界電機發(fā)展的歷史來看，我國電機設計發(fā)展起步較晚，電機應用領域最早的是在汽車和工業(yè)。隨著電機驅(qū)動產(chǎn)品的產(chǎn)生，電機市場的應用面在不斷擴大。電機應用在汽車領域是電氣化發(fā)展的一個標志，高能效的電機不但能夠替代傳統(tǒng)的引擎動力，還能夠代替皮帶和齒輪驅(qū)動，對傳統(tǒng)的電機方案是一個巨大的挑戰(zhàn)。電機的使用壽命周期就是能源成本，而采用更高效的電機，能夠大大節(jié)約成本。在電機設計過程中，提高高效的電機設計通常會遇到一些問題，如何根據(jù)未來電機市場的發(fā)展來解決這些問題，成為目前亟須解決的重點。

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