75kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p>　　密級(jí)： </p><p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　?。?006—2010年）</p><p>　　題 目75kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)

2、院：信息工程學(xué)院 系 電氣工程及其自動(dòng)化系</p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器062班 </p><p>　　學(xué)生姓名： ** 學(xué)號(hào)： ** </p><p>　　指導(dǎo)教師： ** 職稱： 教 授 </p><p>　　起訖日期： 2010

3、.3.24 ~ 2010.6.8 </p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　?。üた萍安糠掷砜茖I(yè)適用）</p><p>　　題目：75kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　題目來源：□省部級(jí)以上 □市廳級(jí) □橫向 □自選</p><p>

4、　　題目性質(zhì)：□理論研究 □應(yīng)用與理論研究 □實(shí)際應(yīng)用研究</p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器062班 </p><p>　　學(xué)生姓名： ** 學(xué)號(hào) ** </p><p>　　起訖日期：

5、 2010.3.24 ~ 2010.6.8 </p><p>　　指導(dǎo)教師： ** 職稱： 教 授 </p><p>　　指導(dǎo)教師所在單位： </p><p>　　學(xué)院審核（簽名）： </p>&

6、lt;p>　　審核日期： </p><p><b>　　二0 一0年制</b></p><p><b>　　說 明</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并經(jīng)專業(yè)學(xué)科組審定，下達(dá)到學(xué)生。</p><p&

7、gt;　　進(jìn)度表由學(xué)生填寫，至少每兩周交指導(dǎo)教師簽署審查意見，并作為畢業(yè)設(shè)計(jì)工作檢查的主要依據(jù)。進(jìn)度表中的周次是指實(shí)際的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程中的周次。</p><p>　　學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書獨(dú)立完成開題報(bào)告，于3周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。</p><p>　　本任務(wù)書在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評(píng)閱和畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊(cè)的主要內(nèi)容之一。<

8、/p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　題 目 75kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 電氣工程及其自動(dòng)化系 </p><p>　　專 業(yè)： 電機(jī)電器及其控制 </p><p&

9、gt;　　班 級(jí)： 電機(jī)電器06級(jí)2班 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： ** </p><p>　　姓 名： ** </p><p>　　指導(dǎo)教師： ** </p><p>　　填

10、表日期： 2010 年 3 月 20 日</p><p>　　一、選題的依據(jù)及意義</p><p>　　在自然界各種能源中，電能具有大規(guī)模集中生產(chǎn)、遠(yuǎn)距離經(jīng)濟(jì)傳輸、智能化自動(dòng)控制的突出特點(diǎn)，它不但成為人類生產(chǎn)和活動(dòng)的主要能源，而且對(duì)近代人類文明的產(chǎn)生和發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。與此相呼應(yīng)，作為電能生產(chǎn)、傳輸、使用和電能特性變化的核心裝備，電機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)所有行業(yè)和部

11、門中也占據(jù)著越來越重要的地位。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、公用設(shè)施和家用電器等各種領(lǐng)域，作為風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、機(jī)床等各種設(shè)備的動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)的用電量一般均占到各國工業(yè)用量的70%左右，為其全部用電量的50%左右，因此，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能效水平的提高將可節(jié)約大量的電能。美國1994年統(tǒng)計(jì)，僅在工業(yè)加工過程中電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)就消耗了6790億kw h的電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如采用目前已成熟的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，可節(jié)約1

12、1%~18%的電能，也即每年可節(jié)約750~1220kw h，同時(shí)每年相應(yīng)可節(jié)約電費(fèi)36~58億美元，并且由于電能的節(jié)約可大大減緩或減少對(duì)電站或發(fā)電設(shè)備的投資與建設(shè)。另外，目前的電力生產(chǎn)，大多數(shù)國家仍以火力發(fā)電為主，其生產(chǎn)過程中排出的CO2等氣體構(gòu)成地球溫室氣體的主要部分，對(duì)氣候環(huán)境帶來很大影響，英國測算其1995年電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總用電量為1300億kw h，為產(chǎn)生這些電能排放到空中的碳為2400萬t，相當(dāng)于英國該年所以能源生產(chǎn)所排放碳總量的

13、17%。根據(jù)1997年京都協(xié)定書，各國均要需減少溫室氣體的排放，歐盟在2008~2012年要比1990年排放水平降低8%，其中英國需減少12.5%。電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能效水平的提高所帶來的電能節(jié)約，可大大</p><p>　　由于工業(yè)部門的用電量往往占據(jù)各國總發(fā)電量的相當(dāng)大部分，所以不少國家政府對(duì)電機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)部門中的用電情況頗為重視。美國能源部從1993年開始在工業(yè)部門中啟動(dòng)了“電動(dòng)機(jī)挑戰(zhàn)計(jì)劃”。預(yù)計(jì)通過該計(jì)劃，可使整

14、個(gè)工業(yè)部門電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率提高14.8%，每年可節(jié)約電能850億kw h，并相應(yīng)地每年可減少2000萬t的碳排放到大氣中，由此可見，提高電動(dòng)機(jī)的功率對(duì)工業(yè)部門具有重要意義。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)的研究為滿足這一要求提供了一條良好的發(fā)展方向。</p><p>　　用同步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)某些大功率并且本身沒有調(diào)節(jié)速度要求的生產(chǎn)機(jī)械，比如空氣壓縮機(jī)、大型鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組等，更為合適。這

15、是因?yàn)?，大功率同步電?dòng)機(jī)與同容量的異步電動(dòng)機(jī)相比較，同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)高。在運(yùn)行時(shí)，它不僅不使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，相反地，卻能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這點(diǎn)是異步電動(dòng)機(jī)做不到的，其次，對(duì)大功率低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)要小些。</p><p>　　隨著半導(dǎo)體整流技術(shù)的發(fā)展，同步電動(dòng)機(jī)可以不用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，而是用交流電流可控硅整流后勵(lì)磁。有些同步電動(dòng)機(jī)還采用旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體整流勵(lì)磁。這樣就把轉(zhuǎn)子上的集電

16、環(huán)與電刷裝置去掉了，對(duì)有些要求防爆的用戶來說，是很安全的。</p><p>　　要想讓同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用更加廣泛，就要利用到變頻調(diào)速技術(shù)。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)是近年來電氣傳動(dòng)方面的一個(gè)研究熱點(diǎn)。其以優(yōu)的調(diào)速和動(dòng)靜態(tài)性能、高效率、高功率因數(shù)、節(jié)能效果、廣泛的應(yīng)用普及范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途和發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與電力電子器件制造技術(shù)、變流

17、技術(shù)、控制技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展是密切相關(guān)的。它將電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起?，F(xiàn)今，變頻調(diào)速已廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、紡織、化工等工業(yè)。</p><p>　　二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）</p><p>　　中國于1998年頒發(fā)了“節(jié)約能源法”，并從20世紀(jì)90年代后期開始，對(duì)若干重要用能產(chǎn)品規(guī)定了最低能效限值，鼓勵(lì)節(jié)能產(chǎn)品的生產(chǎn)和

18、應(yīng)用，實(shí)施了節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)證制度。電動(dòng)機(jī)作為重要的用能產(chǎn)品也于本世紀(jì)列入了上述的節(jié)能認(rèn)證計(jì)劃。2002年1月正式頒發(fā)了“中小型的三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值（GB18613-2002）”標(biāo)準(zhǔn)。改標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩套電動(dòng)機(jī)效率指標(biāo)，一者為目前所產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)的平均效率水平，后者比前者提高2~3個(gè)百分點(diǎn)，為節(jié)能電動(dòng)機(jī)的效率水平。該標(biāo)準(zhǔn)的目的是通過最低效率限值的實(shí)施，淘汰目前沖擊市場正常秩序的劣質(zhì)耗能產(chǎn)品，逐步實(shí)現(xiàn)市場從一般效率電動(dòng)機(jī)向最效率電

19、動(dòng)機(jī)的過渡，由于中國目前的電動(dòng)機(jī)基本技術(shù)要求符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，因此中國的電動(dòng)能效標(biāo)準(zhǔn)以歐盟EU-CEMEP的eff2指標(biāo)作為最低效率限值，以歐盟EU-CEMEP的eff1指標(biāo)最為節(jié)能評(píng)價(jià)值。</p><p>　　目前中國中小型電動(dòng)機(jī)約有300多個(gè)系列，近1500個(gè)品種，隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，近年來交流電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量增長較快，尤其是2003年產(chǎn)量達(dá)到8920萬KW，比2002年增長了26.2%。目前國內(nèi)生產(chǎn)的主要是Y

20、系列三相異步電動(dòng)機(jī)，年產(chǎn)量占電動(dòng)機(jī)總產(chǎn)量的3/4。該系列產(chǎn)品時(shí)20世紀(jì)80年代初期開發(fā)的國內(nèi)第一個(gè)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的系列產(chǎn)品，其功率范圍為0.55~250KW，機(jī)座號(hào)范圍為80~315在Y系列電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，還開發(fā)了繞線轉(zhuǎn)子型電動(dòng)機(jī)，變極多速電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)制動(dòng)電動(dòng)機(jī)等18個(gè)低生系列產(chǎn)品。90年代，為了進(jìn)一步提高中國低壓三相相步電動(dòng)機(jī)在國際市場上的競爭能力，更好地滿足國內(nèi)外用戶的需要，又組織開發(fā)完成了Y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)。該系列產(chǎn)品功能范圍

21、為0.12~315KW，機(jī)座號(hào)范圍為63~355，形成了一個(gè)完整的低壓三相異步電動(dòng)機(jī)系列。本世紀(jì)初，為響應(yīng)國家保護(hù)環(huán)境，淘汰熱軋硅鋼片，推廣采用冷軋硅鋼片的相關(guān)政策。根據(jù)冷軋硅鋼片的特點(diǎn)，完成了采用冷軋硅鋼片的Y3新系列三相相步電動(dòng)機(jī)的開發(fā)，該系列產(chǎn)品的能效指標(biāo)符合2002年1月頒發(fā)的“中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值（GB18613-200</p><p>　　目前變頻調(diào)速的主要方案有：交-交變頻調(diào)速

22、、交-直-交變頻調(diào)速、同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速、正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速、矢量控制變頻調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩控制等。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。</p><p>　　控制方法、控制策略的應(yīng)用：由于電力電子電路良好的控制特性及現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，使幾乎所有新的控制理論，控制方法都得以在交流調(diào)速裝置上應(yīng)用和嘗試。從最簡單的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制發(fā)展到基于動(dòng)態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定

23、向的矢量控制和基于動(dòng)態(tài)模型保持定子磁鏈恒定的直接轉(zhuǎn)矩控制。近年來電力電子裝置的控制技術(shù)研究十分活躍，各種現(xiàn)代控制理論（如自適應(yīng)控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制）、智能控制（如專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等）和無速度傳感的高動(dòng)態(tài)性能控制都是研究的熱點(diǎn)。</p><p><b>　　三、本課題研究內(nèi)容</b></p><p>　　本課題主要是研究設(shè)計(jì)75kw變頻調(diào)速同步電動(dòng)

24、機(jī)及其控制系統(tǒng)。</p><p>　　首先是變頻器的設(shè)計(jì)，包括：</p><p><b>　　硬件電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b&g

25、t;　　程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　然后根據(jù)給定的功率，功率因數(shù)，相數(shù)，頻率及額定相電壓確定同步電動(dòng)機(jī)的主要規(guī)格，即：容量，額定相電壓，額定相電流，同步轉(zhuǎn)速。其次，進(jìn)行電樞繞組的選擇：1.根據(jù)線負(fù)

26、荷的范圍,確定繞組的每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù),即:.2.根據(jù)公式確定每槽導(dǎo)體數(shù),即：.3.根據(jù)槽滿率，確定電樞繞組的線規(guī)，即，。再次，確定電機(jī)鐵心的長度。1.先確定硅鋼片磁密，使硅鋼片充分的利用。2.根據(jù)第二步確定的繞組可以確定每極磁通。3.根據(jù)每極磁通及氣隙磁密,可確定鐵心的長度.最后,根據(jù)前兩步確定的數(shù)據(jù),進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的計(jì)算.</p><p>　　本課題的主要計(jì)算過程如下：</p><p>&l

27、t;b>　　1.主要規(guī)格的確定</b></p><p><b>　　2.主要尺寸的確定</b></p><p>　　3.電樞鐵心及電樞繞組的確定</p><p><b>　　5.磁路計(jì)算</b></p><p><b>　　6.勵(lì)磁繞組計(jì)算</b></p

28、><p><b>　　7．溫升計(jì)算</b></p><p>　　最后是電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括：</p><p>　　1、主回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2、勵(lì)磁回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　四、本課題研究方案</b></p><

29、p>　　本課題的研究方案主要有三個(gè)，方案一，是根據(jù)計(jì)算程序，首先選擇電樞繞組的規(guī)格和每槽導(dǎo)體數(shù),然后算出定子鐵心長度,最后計(jì)算出符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求的電機(jī)參數(shù)；方案二：在方案一的基礎(chǔ)上,通過減小每槽導(dǎo)體數(shù),在保持磁密不變的情況下,相應(yīng)的增加電機(jī)鐵心的長度,從而達(dá)到減小銅耗,最終達(dá)到提高效率的目的.方案三：在方案一的基礎(chǔ)上，通過增加每槽導(dǎo)體數(shù)，減小電機(jī)的鐵心長度，從而達(dá)到在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，節(jié)省材料，主要是節(jié)省硅鋼片的用量

30、的目的。</p><p>　　方案二與方案一主要是通過增加材料耗用來提高效率的目的，方案三與方案一主要是通過犧牲效率來達(dá)到節(jié)省材料的目的。采用的方法主要是手算和計(jì)算機(jī)程序算相結(jié)合的方法。</p><p>　　五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度</p><p><b>　　1.研究目標(biāo)：</b></p><p>　　根據(jù)用戶

31、提出的產(chǎn)品規(guī)格，技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的性能好，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠的電動(dòng)機(jī)。盡量減少材料的使用，主要是鐵和銅的耗用量，使之更加經(jīng)濟(jì)。主要研究通過增加材料的耗用來達(dá)到提高效率和以犧牲效率來達(dá)到節(jié)省材料的目的。</p><p><b>　　2. 主要特色：</b></p><p>　　進(jìn)行發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)時(shí)，既釆用手算的方法，又釆用計(jì)算機(jī)編程的方法進(jìn)行計(jì)算。

32、本課題研究了三個(gè)方案，方案一為折中方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的方案。方案二，為效率最高方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機(jī)的效率的達(dá)到最高。方案三，為材料最省方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機(jī)的所用材料最省。方案齊全便于用戶選用，且對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并做出了分析比較。</p><p>　　本課題的另一重要特色，是指在定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片尺寸給定的情況下，設(shè)計(jì)出用戶所要求功率的電動(dòng)機(jī)，這有利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)

33、化生產(chǎn)。同時(shí)還可以避免由于不同功率的電機(jī)使用不同的定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片尺寸所造成重新設(shè)計(jì)模具的浪費(fèi)，可以提高所生產(chǎn)的電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。</p><p><b>　　3. 工作進(jìn)度：</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]．《電機(jī)設(shè)計(jì)》 陳世坤編 機(jī)械工業(yè)出版社</p>

34、<p>　　[2]．《電機(jī)學(xué)》 李發(fā)海等合編 科學(xué)出版社</p><p>　　[3].《電機(jī)學(xué)》 辜承林 陳橋夫 熊永前 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　[4]．《AUTO CAD 2004入門與提高》 張躍峰等編 清華大學(xué)出版社</p><p>　　[5]．《最新國內(nèi)外電機(jī)設(shè)計(jì)制造新工藝新技術(shù)與檢修及質(zhì)量檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)(上)》 徐剛 銀聲音

35、像出版社</p><p>　　[6]．《變頻器方案》 張培星 北京北洋電子技術(shù)有限公司</p><p>　　[7]．《相變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》 彭兵 沈陽工業(yè)大學(xué)</p><p><b>　　南 昌 大 學(xué)</b></p><p>　　學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明</p><p>　　本人鄭重申明：所

36、呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： 日期：</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p

37、><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書。</p><p><b>　

38、　本學(xué)位論文屬于</b></p><p><b>　　不保密□。</b></p><p>　　（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）</p><p>　　作者簽名： 日期：</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期：</p>

39、;<p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　?。?006 — 2010年）</p><p>　　題 目：75kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系： 電氣工程及其自動(dòng)化系

40、</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化（電機(jī)電器方向） </p><p>　　班 級(jí)： 電機(jī)電器062班 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： ** </p><p>　　學(xué)生姓名：

41、 ** </p><p>　　指導(dǎo)教師： ** </p><p>　　起訖日期： 2008.3.13 ~ 2008.6.8 </p><p>　　75kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)

42、的設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) **</p><p>　　學(xué)生姓名 閆永佳 指導(dǎo)教師 **</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　同步電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，只要電源頻率保持恒定，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就絕對(duì)不變。除此以外，同步電動(dòng)

43、機(jī)還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，就是可以控制勵(lì)磁來調(diào)節(jié)它的功率因數(shù)，可使功率因數(shù)提高到1.0，甚至超前。但是，由于同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)費(fèi)事、重載時(shí)有振蕩乃至失步的危險(xiǎn)，一般工業(yè)設(shè)備很少采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。自從電力電子變壓變頻技術(shù)開發(fā)出來并獲得廣泛應(yīng)用以后，情況就大不相同了，采用電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，同步電動(dòng)機(jī)便和異步電動(dòng)機(jī)一樣成為調(diào)速電機(jī)家族的一員，原來由于供電電源頻率固定不變而阻礙同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的問題都已迎刃而解。</p><p

44、>　　本文在前人的研究基礎(chǔ)上，介紹了三相同步電動(dòng)機(jī)機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了嘗試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；電機(jī)設(shè)計(jì)；變頻調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　75kw-4 pole synchronous motor electromagnetic frequency control scheme and control system</p>&

45、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Synchronous motor used as a motor has many advantages, as long as the power supply to maintain constant frequency, synchronous motor speed is absolutely unchang

46、ed. In addition, the synchronous motor and a prominent advantage is that we can control the excitation to adjust its power factor, power factor can increase to 1.0, or even ahead. However, because synchronous motor start

47、ing trouble, heavy step and even when the risk of oscillation, general industrial equipment rarely used in synchronous m</p><p>　　In this paper, based on previous studies, introduced the three-phase synchron

48、ous motor machine design features, and frequency control system design were tried.</p><p>　　Keyword:Synchronous motor, motor design, variable speed system</p><p><b>　　目錄</b></p>

49、;<p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 同步電機(jī)概論1</p><p>　　1.1同步電機(jī)的基本特點(diǎn)1</p><p>　　1.2同步電機(jī)的基本類型1</p><p>　　1.3同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2<

50、;/p><p>　　1.4同步電機(jī)主要用途4</p><p>　　1.5基本技術(shù)要求4</p><p>　　第二章 同步電動(dòng)機(jī)的工作特性7</p><p>　　2.1同步電動(dòng)機(jī)的工作原理7</p><p>　　2.2凸極同步電動(dòng)機(jī)工作特性及分析8</p><p>　　2.3同步電動(dòng)機(jī)的功率

51、平衡關(guān)系10</p><p>　　第三章 電機(jī)設(shè)計(jì)基本方法11</p><p>　　3.1總體設(shè)計(jì)過程11</p><p>　　3.2電磁設(shè)計(jì)11</p><p>　　第四章 電磁設(shè)計(jì)方案計(jì)算14</p><p>　　4.1設(shè)計(jì)要求14</p><p>　　4.2方案計(jì)算14<

52、;/p><p>　　第五章 電磁設(shè)計(jì)結(jié)果分析40</p><p>　　5.1復(fù)算程序40</p><p>　　5.2方案結(jié)果比較與分析40</p><p>　　5.3心得與總結(jié)42</p><p>　　第六章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)43</p><p>　　6.1同步調(diào)速系統(tǒng)類型43

53、</p><p>　　6.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制類型43</p><p>　　6.3同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)44</p><p>　　第七章 Auto CAD 2004繪圖49</p><p>　　7.1Auto CAD簡介49</p><p>　　7.2畫定子沖片圖49</p><p&g

54、t;　　7.3畫轉(zhuǎn)子沖片圖50</p><p>　　7.4畫繞組圖51</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)54</b></p><p><b>　　總結(jié)55</b></p><p><b>　　致謝56</b></p><p>　　第一章 同

55、步電機(jī)概論</p><p>　　同步電機(jī)和異步電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)。同步電機(jī)的特點(diǎn)是：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系n=ns=60f/p，ns稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時(shí)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。 同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機(jī)以同步發(fā)電機(jī)為主，而隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟運(yùn)用，同步電動(dòng)機(jī)也越來越廣泛的應(yīng)用于各種電力拖動(dòng)領(lǐng)域。

56、</p><p>　　1.1同步電機(jī)的基本特點(diǎn)</p><p>　　同步電機(jī)最突出的特點(diǎn)就是如果電網(wǎng)的頻率不變，穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)且與負(fù)載的大小無關(guān)。</p><p>　　同步電機(jī)一般把電樞繞組放置在定子上，把磁極放置在轉(zhuǎn)子上，勵(lì)磁繞組套在磁極上。它的主要運(yùn)行方式有三種，即同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及同步補(bǔ)償機(jī)。</p><p>　　以同步發(fā)電

57、機(jī)方式運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組中通入直流電流，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生磁場，由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁場與定子導(dǎo)體之間有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在定子繞組中就會(huì)感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，它發(fā)出的交流電動(dòng)勢(shì)也是是固定的，這是因?yàn)椋涣麟妱?dòng)勢(shì)的頻率f決定于極數(shù)p和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n，即f=pn/60。</p><p>　　以同步電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行時(shí)，在電機(jī)的電子繞組上加三相交流電，電機(jī)里將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通入直流電后，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于

58、磁鐵。于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，速度為n=60f/p。由此可見，當(dāng)極數(shù)一定時(shí)，同步電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的關(guān)系。變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用使得同步電動(dòng)機(jī)的速度可調(diào)，再加上同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可調(diào)，使得同步電動(dòng)機(jī)成為同步電機(jī)的一種重要的運(yùn)行方式。</p><p>　　以同步補(bǔ)償機(jī)方式運(yùn)行時(shí)，實(shí)際上是一臺(tái)接在交流電網(wǎng)上空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，依靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率

59、，可以改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，滿足電網(wǎng)對(duì)無功功率的要求。</p><p>　　1.2同步電機(jī)的基本類型</p><p>　　同步電機(jī)的系列、品種、規(guī)格很多，可以按用途、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、通風(fēng)方式、冷卻方式、發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的負(fù)載等分類。</p><p>　　按用途來分，有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償機(jī)。</p><p>　　按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分，有旋

60、轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式；在旋轉(zhuǎn)磁極式中，有凸極式的和隱極式的；有立式的和臥式。</p><p>　　按通風(fēng)方式分，有開啟式、防護(hù)式、封閉式。</p><p>　　按發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)來分，有汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和其他原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)（如柴油機(jī)等）。</p><p>　　圖1-1 汽輪發(fā)電機(jī)</p><p>　　圖1-2 水輪發(fā)電機(jī)</p&

61、gt;<p>　　按電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載分，有均勻負(fù)載、交變負(fù)載和沖擊負(fù)載的電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　同步電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時(shí)，是應(yīng)用最廣泛的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代社會(huì)使用的交流電能99%由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。</p><p>　　同步電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)，效率高且功率因數(shù)可調(diào)；而異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須從電網(wǎng)吸收無功勵(lì)磁功率，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。因此，驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常

62、采用同步電機(jī)。</p><p>　　同步電機(jī)用作補(bǔ)償機(jī)時(shí)， 能向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功率，滿足電網(wǎng)對(duì)無功功率的要求。</p><p>　　1.3同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　按照結(jié)構(gòu)形式分類，同步電機(jī)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。</p><p>　　圖1-3 旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)</p><p>　　圖1-4

63、 旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中，需通過滑環(huán)將電功率自轉(zhuǎn)子導(dǎo)入或?qū)С?。由于同步電機(jī)的電樞功率很大，電壓很高，所以不容易通過滑環(huán)導(dǎo)入或?qū)С?。由于?lì)磁繞組的功率與電樞的功率相比，所占比例較小，勵(lì)磁電壓又較低，因此使磁極旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)為勵(lì)磁繞組供電較容易實(shí)現(xiàn)。因此旋轉(zhuǎn)電樞式電機(jī)只適用于小容量的同步電機(jī)，同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式是旋轉(zhuǎn)磁極式。</p><p>　　同步電機(jī)的基本結(jié)

64、構(gòu)：和直流電機(jī)以及異步電機(jī)相同，都是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。</p><p>　　定子部分：由鐵心、電樞繞組、機(jī)座及端蓋等結(jié)構(gòu)部件組成。</p><p>　　定子鐵心是構(gòu)成磁路的部件，通常采用硅鋼片疊裝而成，可減少磁滯和渦流損耗。定子沖片一般分段疊裝，每段之間有通風(fēng)槽片，構(gòu)成徑向通風(fēng)。大型同步電機(jī)因?yàn)槌叽缣螅桎撈Ｗ龀缮刃螞_片，然后組裝成圓形。</p><p>

65、　　電樞繞組為三相對(duì)稱交流繞組，一般多為雙層繞組，嵌裝在定子槽內(nèi)。</p><p>　　定子機(jī)座是支承部件，作用為安放定子鐵心和電樞繞組，并且構(gòu)成所需的通風(fēng)路徑，因此它要有足夠的剛度和強(qiáng)度。大型同步電機(jī)的機(jī)座大都采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。</p><p>　　端蓋的作用與異步電機(jī)基本相同，用于將電機(jī)本體的兩端封蓋起來，且與機(jī)座、定子鐵心和轉(zhuǎn)子一起構(gòu)成電機(jī)內(nèi)部完整的通風(fēng)系統(tǒng)。</p>

66、<p>　　轉(zhuǎn)子部分：由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、勵(lì)磁繞組和滑環(huán)等組成。分為兩種類型，隱極式和凸極式。</p><p>　　隱極式轉(zhuǎn)子呈圓柱形，一般無明顯磁極。隱極式轉(zhuǎn)子的圓周上開有槽，槽中嵌放有分布式直流勵(lì)磁繞組。隱極式轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度很高，所以多用于高速同步電機(jī)。在同步電機(jī)的運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)而需要承受很大的機(jī)械應(yīng)力，所以隱極式轉(zhuǎn)子大多采用整塊強(qiáng)度高和良好導(dǎo)磁性能的鑄鋼或鍛鋼加工而成。隱極電

67、機(jī)的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同。</p><p>　　凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，磁極形狀與直流機(jī)較相似，磁極上裝有集中式直流勵(lì)磁繞阻。凸極式轉(zhuǎn)子制造很方便，且容易制成多極，但是機(jī)械強(qiáng)度低，大多用于中速或低速的場合，例如水輪發(fā)電機(jī)。凸極電機(jī)的氣隙是不均勻的，圓周各處的磁阻各不相同，在轉(zhuǎn)子磁極的幾何中線處氣隙最大，磁阻也很大。此外，磁極的極靴上裝有阻尼繞組。阻尼繞組是由一根根的裸通條，放在極靴的阻尼槽中，然后再兩端

68、面用銅環(huán)焊接在一起，形成端接回路。阻尼繞組在同步發(fā)電機(jī)中起到機(jī)制轉(zhuǎn)子機(jī)械震蕩的作用；在同步電動(dòng)機(jī)中起到啟動(dòng)繞組的作用。</p><p>　　滑環(huán)裝在轉(zhuǎn)子軸上，由引線連接到勵(lì)磁繞組，并且由電刷接到勵(lì)磁裝置。</p><p>　　1.4同步電機(jī)主要用途</p><p>　　同步電機(jī)主要用作同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、同步調(diào)相機(jī)。</p><p>　　

69、在發(fā)電機(jī)方面，同步電機(jī)擁有最廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，幾乎所有的交流電都是由同步電機(jī)產(chǎn)生的。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)方面，傳統(tǒng)的同步電機(jī)最大的缺點(diǎn)就是頻率一定時(shí)轉(zhuǎn)速也固定，這限制了同步電動(dòng)機(jī)在很多場合的應(yīng)用?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展使同步電動(dòng)機(jī)迎來了“春天”，速度再也不是同步電動(dòng)機(jī)的瓶頸，并且還可以發(fā)揮它的巨大優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　在調(diào)相機(jī)方面，它可以向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功

70、率，滿足電網(wǎng)對(duì)無功功率的要求。</p><p><b>　　1.5基本技術(shù)要求</b></p><p>　　1）工作制、防護(hù)型式、安裝型式、冷卻方式</p><p><b>　　工作制</b></p><p>　　同步電機(jī)常用的工作制為連續(xù)工作制、短時(shí)工作制和短續(xù)周期工作制。</p>

71、<p><b>　　防護(hù)型式</b></p><p>　　同步電機(jī)常用的防護(hù)型式有封閉式，防護(hù)式，氣候防護(hù)式以及開啟式。</p><p><b>　　安裝型式</b></p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)常用的安裝型式有底角安裝、用底角附帶凸緣安裝和用凸緣安裝等三種。根據(jù)這三種基本安裝結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)安裝型式有臥式安裝，立

72、式安裝軸伸向下， 立式安裝軸伸向上。</p><p><b>　　冷卻方式</b></p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)常用冷卻方式有自冷式、自扇冷式、他扇冷式、管道通風(fēng)式和外裝冷卻器等。</p><p>　　2）同步電動(dòng)機(jī)銘牌額定數(shù)據(jù)</p><p>　　(1) 額定容量或額定功率：同步電機(jī)的額定容量是指出線端的額定視在功率

73、，單位為或者；額定功率是指發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率，或指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定機(jī)械功率，單位為或者；對(duì)于補(bǔ)償機(jī)則使用額定視在功率(或者無功功率)來表示。</p><p>　　(2) 額定電壓：指正常運(yùn)行時(shí)定子三相繞組的線電壓，單位為或者。</p><p>　　(3) 額定電流：是指額定運(yùn)行時(shí)，流過同步電機(jī)定子繞組的線電流，單位為。</p><p>　　(4) 額定功率

74、因數(shù)：指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)。</p><p>　　(5) 額定頻率：指額定運(yùn)行時(shí)的頻率，我國標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為。</p><p>　　(6) 額定轉(zhuǎn)速：指同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。</p><p>　　(7) 額定效率：指額定運(yùn)行時(shí)的電機(jī)效率。</p><p>　　此外，電機(jī)銘牌還常列出額定勵(lì)磁電壓，額定勵(lì)磁電流, 額定溫升等參數(shù)。</p&

75、gt;<p>　　3）同步電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　效率：電機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比,通常用百分?jǐn)?shù)表示</p><p>　　功率因數(shù)：電機(jī)輸入有效功率與視在功率之比</p><p>　　定子槽滿率：繞組截面積和定子槽截面積比</p><p>　　定子繞組電密I：定子繞組電流密度</p><

76、p>　　氣隙磁密B：氣隙磁通密度，與氣隙磁動(dòng)勢(shì)成正比</p><p>　　噪聲：發(fā)電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)A計(jì)權(quán)聲功率Db(A)</p><p>　　振動(dòng)：發(fā)電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)速度有效值</p><p>　　第二章 同步電動(dòng)機(jī)的工作特性</p><p>　　2.1同步電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p><b

77、>　?。?）磁場</b></p><p>　　定義：三相同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場: 定子旋轉(zhuǎn)磁場以及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場。</p><p>　　定子旋轉(zhuǎn)磁場：又稱為電樞磁勢(shì)，相應(yīng)的磁場稱電樞磁場</p><p><b>　　速度：同步速度，</b></p><p>　　方向：從有超前電流的相轉(zhuǎn)向有滯后電流

78、的相。</p><p>　　形成原因：電氣方式形成。</p><p>　　對(duì)稱三相電流流過定子對(duì)稱三相繞組,將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)。它的旋轉(zhuǎn)速度即為同步速度，為；旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺某半娏鞯南噢D(zhuǎn)向滯后電流的相；當(dāng)某相電流達(dá)到最大值瞬間，旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)振幅恰好轉(zhuǎn)到該相繞組軸線處。這旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)是以電氣方式形成的。同步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，只要其定子三相繞組流通對(duì)稱三相電流，就將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，建立

79、旋轉(zhuǎn)磁場。同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組稱為電樞繞組，因此，上述磁勢(shì)又稱電樞磁勢(shì)，相應(yīng)的磁場稱電樞磁場。</p><p>　　轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場：直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場。</p><p><b>　　速度：同步速度，</b></p><p><b>　　方向：與定子相同。</b></p><p>　　形成原因：以機(jī)械方

80、式形成。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有直流勵(lì)磁產(chǎn)生的磁極，磁極與轉(zhuǎn)子無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí), 以機(jī)械方式形成旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，在氣隙中形成另一種旋轉(zhuǎn)磁場。因?yàn)榇艌鲭S轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，稱為直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場。</p><p><b>　?。?）電動(dòng)勢(shì)</b></p><p>　　定義：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場切割繞組而產(chǎn)生。</p><

81、;p>　　原因：旋轉(zhuǎn)磁場切割繞組。</p><p><b>　　電動(dòng)勢(shì)：</b></p><p>　　定子繞組：感應(yīng)頻率與同步轉(zhuǎn)速相同地電動(dòng)勢(shì)。定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場共同作用，兩者有相角差。</p><p>　　轉(zhuǎn)子繞組：一般情況下轉(zhuǎn)子和磁場同速，無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場

82、均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，只是空間相位不同。切割靜止的定子繞組時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場在定子三相繞組中感應(yīng)出的頻率相同、時(shí)間相位卻不同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)間相位差和旋轉(zhuǎn)磁場間的空間相位差相等。</p><p>　　穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，無論定子磁場或轉(zhuǎn)子磁場均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同轉(zhuǎn)子繞組沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。</p><p><b>　?。?）相互作用</b>

83、;</p><p>　　定義：磁極間同性相斥、異性相吸的電磁力。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)的空氣隙間存在兩種不同方式產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，所以，當(dāng)兩個(gè)磁場的空間位置不同時(shí)，根據(jù)磁極間同性相斥、異性相吸原理，它們之間會(huì)產(chǎn)生相互作用的電磁力。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但由于負(fù)載的影響，兩個(gè)磁場間的相對(duì)位置卻不同。這個(gè)相對(duì)位置決定了

84、同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式。</p><p>　　轉(zhuǎn)矩性質(zhì)和運(yùn)行方式：轉(zhuǎn)子磁場順著旋轉(zhuǎn)方向滯后定子磁場運(yùn)行：拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩+電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式</p><p>　　轉(zhuǎn)子磁場順著旋轉(zhuǎn)方向滯后定子磁場運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子受到與其轉(zhuǎn)向相同的電磁轉(zhuǎn)矩作用。此時(shí)，電樞磁場作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子拖動(dòng)外部機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，此為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式。</p><p>　　2.2凸極同步電動(dòng)機(jī)工作特性及分

85、析</p><p>　?。?）凸極同步電動(dòng)機(jī)雙反應(yīng)原理</p><p>　　凸極同步電動(dòng)機(jī)的氣隙延電樞圓周是不均勻的，直軸上氣隙比較小，交軸上氣隙比較大。因此直軸磁阻比交軸磁阻小。同樣大小的電樞磁動(dòng)勢(shì)作用直軸磁路上和作用交軸磁路產(chǎn)生的磁通因此存在很大差別。隨著負(fù)載電流性質(zhì)的不同，電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在不同地空間位置。</p><p>　　因而在不計(jì)磁飽和時(shí)，可以根據(jù)雙反應(yīng)

86、理論（一般情況下，如果電樞磁動(dòng)勢(shì)既不作用于直軸、也不在交軸而在空間任意位置處，可以把電樞磁動(dòng)勢(shì)分解成直軸與交軸兩個(gè)分量、，再用對(duì)應(yīng)的直軸磁導(dǎo)與交軸磁導(dǎo)分別計(jì)算出直軸與交軸電樞磁通、，然后把它們的效果疊加起來。這種考慮凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸電樞反應(yīng)與交軸電樞反應(yīng)分別處理的方法，就稱雙反應(yīng)理論。實(shí)踐證明，在不計(jì)磁飽和時(shí)，這種方法的效果滿足要求。），把電樞磁動(dòng)勢(shì)分解成直軸與交軸磁動(dòng)勢(shì)、兩個(gè)分量，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)磁導(dǎo)分別計(jì)算出其

87、所產(chǎn)生的直軸、交軸電樞磁通。</p><p><b>　　b）</b></p><p>　　a）電樞磁動(dòng)勢(shì)分解成直軸和交軸磁動(dòng)勢(shì)</p><p>　　b）直軸和交軸電樞反應(yīng)</p><p>　　圖2–1 凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論</p><p>　?。?）電動(dòng)勢(shì)以及電壓平衡方程</p>

88、<p>　　電動(dòng)勢(shì)：主磁通與電樞磁通，也即直軸、交軸電樞磁通切割定子繞組且在定子繞組內(nèi)感應(yīng)處相應(yīng)地勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)以及電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。得一相繞組地合成電動(dòng)勢(shì) ，或稱氣隙電動(dòng)勢(shì)。上述關(guān)系可表示如下：</p><p>　　電壓平衡方程：凸極同步電動(dòng)機(jī)定子電樞任一相的電勢(shì)方程</p><p>　　2.3同步電動(dòng)機(jī)的功率平衡關(guān)系</p><p>　　功率傳遞過程：電

89、網(wǎng)輸入電功率—〉很小部分消耗于定子銅耗—〉大部分通過定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用，電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率—〉轉(zhuǎn)子獲得的總電磁功率—〉扣除定子鐵耗，機(jī)械損耗，附加損耗—〉軸上輸出機(jī)械功率</p><p>　　圖2-2 同步電動(dòng)機(jī)功率流程圖</p><p>　　第三章 電機(jī)設(shè)計(jì)基本方法</p><p><b>　　3.1總體設(shè)計(jì)過程</b></p>

90、;<p><b>　　（1）準(zhǔn)備階段</b></p><p>　　準(zhǔn)備階段需要我們準(zhǔn)備以下方面：首先熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)，收集相近電機(jī)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料，并聽取生產(chǎn)以及使用單位地意見和要求；然后在國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定及分析相應(yīng)資料的基礎(chǔ)上，編制技術(shù)任務(wù)書或者技術(shù)建議書。</p><p><b>　?。?）電磁設(shè)計(jì)</b></p>

91、<p>　　電磁設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是根據(jù)技術(shù)條件或者技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算以及方案比較，確定與設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算出其電磁性能。通過反復(fù)運(yùn)算來求得最精確結(jié)果。這個(gè)階段要求設(shè)計(jì)3個(gè)方案：最省材料方案，最有效率方案以及一般方案</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電磁設(shè)計(jì)結(jié)束以

92、后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、加工要求和材料的規(guī)格及及性能要求。</p><p>　　通常，首先根據(jù)技術(shù)條件書或技術(shù)任務(wù)書或技術(shù)建議書中規(guī)定的防護(hù)型式、安裝方式與冷卻方式，然后考慮電磁計(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。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對(duì)總裝配草圖進(jìn)行必要的修改。</p><p>　?。?）變頻調(diào)速系

93、統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　由于同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完全取決于控制電源的頻率，與供電電源的頻率具有嚴(yán)格的關(guān)系，因此通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以使同步電動(dòng)機(jī)速度可調(diào)，應(yīng)用范圍更廣泛。</p><p><b>　　3.2電磁設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）同步電動(dòng)機(jī)主要尺寸確定</p><p>　　在同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)之初，首

94、先要進(jìn)行主要尺寸的選擇，這影響到同步電動(dòng)機(jī)很多重要的性能。主要尺寸是指電樞鐵心直徑D和長度。對(duì)于直流電機(jī)，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對(duì)于一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)與同步電機(jī)，則指定子內(nèi)徑。</p><p>　　電機(jī)基本尺寸D和有如下兩種方式確定：</p><p><b>　　1. 計(jì)算法：</b></p><p>　　①根據(jù)電機(jī)的額定功率,計(jì)算出計(jì)算功率P

95、’；</p><p>　?、诟鶕?jù)P’,n選擇合適的電磁負(fù)荷A和,由公式</p><p><b>　　得到；</b></p><p>　　其中=1.11，，取 單0.96；雙 0.92</p><p>　?、鄹鶕?jù)P’,n查表（由系列，極數(shù)）得λ=/ , =；</p><p>　　④由以上中方程組可解

96、得D，</p><p><b>　?、莶楸淼囊?guī)定的D，</b></p><p>　　2. 類比法（幾何相似定律）：</p><p><b>　　取D1=D2得：</b></p><p>　?。▽?dǎo)線截面積S,繞線匝數(shù)分別成比例）</p><p>　?。?）氣隙對(duì)電機(jī)性能的影響&

97、lt;/p><p>　　氣隙是指定子與轉(zhuǎn)子之間的空隙，在凸極同步電動(dòng)機(jī)中，延電樞圓周方向氣隙磁場是不均勻分布的。氣隙選取一般盡可能的小，如果氣隙過大，則會(huì)使氣隙處磁壓降增大，這會(huì)使得勵(lì)磁磁勢(shì)增大以及勵(lì)磁繞組地銅耗量增大。氣隙偏大則會(huì)導(dǎo)致空載電流增大、功率因數(shù)降低。但是氣隙不能過小，否則除了影響機(jī)械可靠性以外，還會(huì)使諧波磁場以及諧波漏抗增大，這會(huì)造成諧波轉(zhuǎn)矩以及附加損耗的增加，進(jìn)而造成較高溫升與較大噪聲。</p&

98、gt;<p>　　氣隙的大小需要綜合考慮才可以，對(duì)于功率較小的電機(jī)一般氣隙要選得較小。</p><p>　?。?）槽滿率對(duì)電機(jī)性能的影響</p><p>　　槽滿率指的是導(dǎo)線有規(guī)則的排列所占的面積與槽的有效面積之比，即：。在采用圓導(dǎo)線的半閉口槽中，一般用槽滿率來表示槽內(nèi)導(dǎo)線的填充程度。槽滿率通常不能取得太高，如果槽滿率設(shè)計(jì)得太高的話，會(huì)使嵌線造成困難，容易引起絕緣損傷。槽滿率

99、也不能過低，過低的話，會(huì)造成槽的浪費(fèi)，而且不利于槽內(nèi)導(dǎo)線的散熱，所以一般槽滿率控制在0.8~0.85左右。</p><p>　　較高的槽滿率可以減小槽的面積，從而減小鐵心尺寸，有利于節(jié)省硅鋼片的耗量，也可以節(jié)省材料。</p><p>　　第四章 電磁設(shè)計(jì)方案計(jì)算</p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)要求</b></p><

100、p>　　電磁設(shè)計(jì)方案的計(jì)算是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，即提供的數(shù)據(jù)以及技術(shù)要求來進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案的計(jì)算。</p><p><b>　　提供的額定數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　1.額定功率75KW</p><p><b>　　2.相數(shù)3</b></p><p>　　3.額定相電壓400V

101、</p><p>　　4.額定頻率50Hz</p><p><b>　　5.極數(shù)4</b></p><p>　　6.額定功率因數(shù)0.95</p><p>　　7.機(jī)座中心高25cm</p><p>　　8.定子外徑 43cm</p><p>　　9.定子內(nèi)徑30

102、cm</p><p>　　10.定子槽數(shù)48</p><p><b>　　技術(shù)要求：</b></p><p>　　1.額定效率≥91.5%</p><p>　　2.槽滿率0.8~0.85</p><p>　　3.電樞繞組電密800~900</p><p>　　4.氣

103、隙磁密7500~8800</p><p><b>　　4.2方案計(jì)算</b></p><p><b>　　如下表：</b></p><p>　　表4-1 凸極式三相同步電動(dòng)機(jī)電磁計(jì)算</p><p>　　第五章 電磁設(shè)計(jì)結(jié)果分析</p><p><b>　　5.

104、1復(fù)算程序</b></p><p>　　首先進(jìn)行計(jì)算成果的復(fù)算，以檢測計(jì)算成果的正確性。本次復(fù)算通過對(duì)公式的勘誤，額定數(shù)據(jù)的檢查，主要尺寸的比對(duì)以及單位的統(tǒng)一進(jìn)行檢查。</p><p>　　檢查發(fā)現(xiàn)了很多問題并加以糾正，如公式的錯(cuò)誤，角標(biāo)的錯(cuò)誤等等。在計(jì)算結(jié)果的檢查方面，自制了復(fù)算程序，通過程序驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性。</p><p>　　5.2方案結(jié)果比較

105、與分析</p><p>　　表5-1 材料用量表</p><p>　?。?）同步電動(dòng)機(jī)材料用量比較</p><p>　　從上方的表格可以看出，方案二與方案一相比，每槽導(dǎo)體數(shù)增加了一個(gè)，氣隙磁密并沒有改變。這樣的變化使得電樞鐵心長變短，從而使得電機(jī)的各項(xiàng)材料用量減少，達(dá)到了節(jié)省材料的目的。</p><p>　　方案三與方案一相比，每槽導(dǎo)體數(shù)沒

106、有改變，而氣隙磁密增加了。這樣的變化也使得電樞鐵心長變短，各項(xiàng)材料用量減少，同樣打到了節(jié)省材料的目的。</p><p>　　三方案中的勵(lì)磁繞組電密相比，方案一與方案三基本相同，方案二比其他方案要高，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，方案二如果與其他方案勵(lì)磁繞組電密相同，銅線總重會(huì)增加。</p><p>　　從而可以得出結(jié)論，如果想要節(jié)省材料，可以從三方面入手，第一可以增加每槽導(dǎo)體數(shù)，第二可以增加氣隙磁密，第三可

107、以增加勵(lì)磁繞組電密。當(dāng)然做出這樣的改動(dòng)會(huì)影響同步電動(dòng)機(jī)其他的性能指標(biāo)，這將在后面做下一步比較。</p><p>　　（2）同步電動(dòng)機(jī)損耗及效率</p><p>　　表5-2 損耗及效率</p><p>　　從表5-2可以看出，無論增加每槽導(dǎo)體數(shù)還是增加氣隙磁密都會(huì)降低效率。再結(jié)合表5-1的材料用量可以發(fā)現(xiàn)，若想增加同步電動(dòng)機(jī)的效率，就不要考慮材料的節(jié)省。</

108、p><p>　?。?）同步電動(dòng)機(jī)電磁負(fù)荷</p><p>　　表5-3 電磁負(fù)荷</p><p>　　從電樞齒部磁密的要求可以看出，電樞齒部磁密是一個(gè)非常重要的參數(shù)，必須滿足15800~16600的范圍，這使得選取氣隙磁密時(shí)的范圍縮小到8500~8800的一個(gè)很小的范圍內(nèi)，從而使得通過調(diào)節(jié)氣隙磁密來改善同步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)帶來了困難。</p><p

109、><b>　　5.3心得與總結(jié)</b></p><p>　　在同步電動(dòng)機(jī)的計(jì)算過程中遇到了很多問題，在發(fā)現(xiàn)與解決問題的過程中學(xué)習(xí)了很多關(guān)于同步電動(dòng)機(jī)的知識(shí)。</p><p>　　電樞繞組電密規(guī)定范圍為800~900，而通過其計(jì)算公式可知，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)和主要尺寸已給出的情況下，電樞繞組電密只與線規(guī)S有關(guān)。經(jīng)過多次選取線規(guī)以及計(jì)算發(fā)現(xiàn)，線規(guī)S只能取一個(gè)值，

110、這也就使得后期選取三方案時(shí)遇到了一定的困難。一般來講，每槽導(dǎo)體數(shù)都是偶數(shù)，而方案二卻選擇了一個(gè)奇數(shù)，這就是因?yàn)榫€規(guī)不能改變的結(jié)果。因?yàn)?，?dāng)每槽導(dǎo)體數(shù)增加為12時(shí)，槽滿率超過了0.9，這是不允許的，當(dāng)然，每槽導(dǎo)體數(shù)選擇11時(shí)槽滿率剛好達(dá)到0.85，還是比較幸運(yùn)的。</p><p>　　在計(jì)算第一個(gè)方案的時(shí)候，曾經(jīng)遇到過轉(zhuǎn)子磁軛磁密的數(shù)據(jù)超過了16000，大到轉(zhuǎn)子磁場強(qiáng)度連表都查不到的情況。當(dāng)時(shí)心急如焚，反復(fù)查找公式

111、中有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，最后在導(dǎo)師的幫助下減小了轉(zhuǎn)子內(nèi)徑才得以通過。</p><p>　　通過對(duì)三個(gè)方案的選擇與計(jì)算，發(fā)現(xiàn)了幾條規(guī)律：第一條，要想省材料，可以增加每槽導(dǎo)體數(shù)，增加氣隙磁密，增加勵(lì)磁繞組電密；第二條，要想提高效率，請(qǐng)將第一條反過來執(zhí)行。</p><p>　　第六章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1同步調(diào)速系統(tǒng)類型</p>

112、<p>　　同步調(diào)速系統(tǒng)有兩種類型：</p><p>　?。?）他控變頻調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　用獨(dú)立的變頻裝置給同步電動(dòng)機(jī)供電的系統(tǒng)。</p><p>　　（2）自控變頻調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　用電動(dòng)機(jī)本身軸上所帶轉(zhuǎn)子位置檢測器或電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波形提供的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來控制變頻裝置換相時(shí)刻的系統(tǒng)。</p>

113、<p>　　6.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制類型</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的原理以及所用的變頻裝置和異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)基本相同，現(xiàn)就異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制類型進(jìn)行說明。</p><p>　　我們知道，三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是，由此可知，只要控制好和，便可以達(dá)到控制磁通的目的，因此，可以考慮基頻以下和基頻以上兩種情況。</p>

114、<p><b>　?。?）基頻以下調(diào)速</b></p><p>　　由上式可知，要保持不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低，使得/=常值，即采用電動(dòng)勢(shì)頻率比為恒值的控制方式。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，認(rèn)為定子相電壓約等于，則/=常值，即恒壓頻比的控制方式。</p><p><b>　?。?）基頻以上調(diào)速</b

115、></p><p>　　在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從向上升高，但定子電壓卻不可能超過額定電壓，最多只能保持=，這將迫使磁通與頻率成反比地降低。</p><p>　　圖6-1 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的控制特性</p><p>　　把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在圖6-1上。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值，也就是都能在允許溫升下長期運(yùn)行

116、，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，屬于“恒功率調(diào)速”。</p><p>　　6.3同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)</p><p>　　為了獲得高動(dòng)態(tài)性能，同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以采用矢量控制，通過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流電動(dòng)機(jī)，再模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)行控制。但是由于同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)不同，其