20kw4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電機(jī)電器本科畢業(yè)論文

1、密級(jí)： nanchang universit 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 thesis of bachelor（2006 2010 年） 題 目 20kw-4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 電氣工程及其自動(dòng)化系 專業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器06級(jí)1班 學(xué)生姓名： 馬童國(guó) 學(xué)號(hào)： 6101106017 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 職稱： 教授 起訖日期： 2010.3.14 2010.6.06 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書（工科及部分理科專業(yè)適用）題目：20kw-4極電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目來源：省部級(jí)以上 市廳級(jí) 橫向 自選題目性質(zhì)：理論研究 應(yīng)用與理論研究

2、實(shí)際應(yīng)用研究學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系： 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器061班 學(xué)生姓名： 馬童國(guó) 學(xué)號(hào) 6101106017 起訖日期： 2010.3.14 2010.6.06 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 職稱： 教授 指導(dǎo)教師所在單位： 電氣與自動(dòng)化工程系 學(xué)院審核（簽名）： 審核日期： 二0 一0年制說 明1. 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。2. 進(jìn)度表由學(xué)生填寫，至少每?jī)芍芙恢笇?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。3. 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

3、閱。4. 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。1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和基本要求 （一） 主要內(nèi)容 1.分析同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行原理 2 闡述同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)思路 3 進(jìn)行20kw-4極同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，給出三套電磁設(shè)計(jì)方案 4三套電磁方案的比較分析 5設(shè)計(jì)電機(jī)的定子沖片、轉(zhuǎn)子沖片、定轉(zhuǎn)子繞組，并給出設(shè)計(jì)圖紙 1、技術(shù)要求：額定功率: 20kw 額定電壓: 400v相 數(shù)：三相y接法 額定功率因數(shù)：0.95額定轉(zhuǎn)速：1500r/min 額定頻率：50hz 效率：88.5% 定子槽滿率：80 85% 2、原始數(shù)

4、據(jù)： 定子外徑 ：30 定子內(nèi)徑：20.93定子槽數(shù) ：36 氣隙長(zhǎng)度：0.0853、參考數(shù)據(jù)定子繞組電密：7 9.5a/mm2 氣隙磁密：0.73 0.88t（4極） 0.7 0.75t（6極）4、設(shè)計(jì)要求： 根據(jù)原始數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一臺(tái)符合技術(shù)要求的同步電動(dòng)機(jī)，并給出三個(gè) 方案，分析 電機(jī)的材料利用率與效率的關(guān)系，掌握設(shè)計(jì)節(jié)能電機(jī)和節(jié)約材料電機(jī)的方法，并設(shè)計(jì)交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的高性能運(yùn)行。2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容及張數(shù) 1、定子沖片圖 1張 2、轉(zhuǎn)子沖片圖 1張 3、繞組聯(lián)接圖 1張三、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的軟硬件的名稱、內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)（例如：軟件、電路板、機(jī)電裝置、新材料、新

5、制劑、結(jié)構(gòu)模型或其他）軟件：cad、matlab四、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)各階段工作內(nèi)容起訖日期實(shí)施地點(diǎn)1畢業(yè)實(shí)習(xí)第一周第三周2論文的開題報(bào)告第四周第五周3復(fù)算電機(jī)的各種參數(shù)第六周第九周4上機(jī)設(shè)計(jì)三個(gè)優(yōu)化方案第十周第十二周5用autocad制圖第十二周第十三周6寫畢業(yè)論文第十四周第十五周7論文答辯第十五周第十六周5、 主要參考資料1電機(jī)設(shè)計(jì) 陳世坤編 機(jī)械工業(yè)出版社 2電機(jī)學(xué) 李發(fā)海等合編 科學(xué)出版社 3. 電機(jī)學(xué) 戴文進(jìn) 徐龍權(quán) 清華大學(xué)出版社4交流電機(jī)及系統(tǒng)的分析 高景德 李發(fā)海 清華大學(xué)出版社5.電機(jī)與電力拖動(dòng) 邱阿瑞 電子工業(yè)出版社6.交流調(diào)速控制系統(tǒng) 李德華 電子工業(yè)出版社六、畢業(yè)設(shè)計(jì)

6、進(jìn)度表（本表至少每?jī)芍苡蓪W(xué)生填寫一次，交指導(dǎo)教師簽署審查意見）第一、二周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第三、四周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第五、六周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第七、八周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第九、十周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第十一周至畢業(yè)設(shè)計(jì)工作結(jié)束（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日七、其他（學(xué)生提交）1開題報(bào)告

7、1份 2外文資料譯文1份（2000字以上，并附資料原文） 3論文1份（8000字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科組負(fù)責(zé)人： 學(xué)生開始執(zhí)行 任務(wù)書日期： 學(xué)生姓名： 送交畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目：20kw-4極電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 自動(dòng)化系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化（電機(jī)電器方向）班 級(jí)： 電機(jī)電器061班 學(xué) 號(hào)： 6101106017 姓 名： 馬童國(guó) 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 填表日期： 2010 年 3 月 22 日一、 選題的依據(jù)及意義在用電系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備而廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及社

8、會(huì)生活等各個(gè)方面。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的60%70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。根據(jù)采用的電流制式不同，電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類，其中交流電動(dòng)機(jī)擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動(dòng)機(jī)加以利用的。交流電動(dòng)機(jī)的誕生和發(fā)展已有一百多年的歷史，至今已研究、制造了形式多樣、用途各異的各種容量、各種品種的交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)分為同步電動(dòng)機(jī)和異步異步電動(dòng)機(jī)兩大類。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即是同步電動(dòng)機(jī)；反之，若不保持這種關(guān)系，即是異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，交流電動(dòng)機(jī)用電量占電機(jī)中用電量的85%左右，可見交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的廣泛性及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。

9、眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵(lì)磁電流的恒定，可用改變電樞電業(yè)的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。因此，長(zhǎng)期以來的變速傳動(dòng)領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，由于直流電動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械式換向器和電刷這一致命弱點(diǎn)，這給直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用帶來了一系列限制，即：機(jī)械式換向器表面的線速度及換向電流、電壓有一極限容許值，這就限制了單機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率。如要超過極限容許值，則大大加大電機(jī)制造的成本和難度，以及調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)一

10、些要求特高轉(zhuǎn)速、特大功率的場(chǎng)合則根本無法采用直流調(diào)速方案。為了使機(jī)械換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大。對(duì)于快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方式難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)械換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換。這就表明了直流調(diào)速系統(tǒng)維檢工作量大，維修費(fèi)用高，同時(shí)停機(jī)檢修的更換電刷也直接影響了正常生產(chǎn)。在一些易燃易爆的場(chǎng)合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場(chǎng)合不能或不宜使用直流電動(dòng)機(jī)。由于直流電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用中存在著這樣的一些限制，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用也相應(yīng)受到了局限。交流電機(jī)有兩種：異步電機(jī)和同步電機(jī)。同步電機(jī)主要作發(fā)電機(jī)用，電力系統(tǒng)中的電能幾乎全是通過同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的；但

11、同步電機(jī)也作電動(dòng)機(jī)適用，如應(yīng)用于某些大型生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)系統(tǒng)中，其功率達(dá)數(shù)百或數(shù)千千瓦。同步電動(dòng)機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速恒定（同步速），只與電源頻率有關(guān)，不隨負(fù)載和電壓的變化而變化；運(yùn)行穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的過載能力；功率因數(shù)較高，因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)可以通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流提高功率因數(shù)，可在功率因數(shù)為1的狀態(tài)下運(yùn)行；還能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，即在領(lǐng)先的功率因數(shù)下運(yùn)行；運(yùn)行效率高，低速運(yùn)行時(shí)尤為明顯；對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)體積反而比異步電動(dòng)機(jī)?。浑S著電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，同步電動(dòng)機(jī)也能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，在大容量電力拖動(dòng)場(chǎng)合，同步電動(dòng)機(jī)的控制性能優(yōu)于異步電動(dòng)機(jī)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，

12、同步電動(dòng)機(jī)歷來只能恒速運(yùn)行的狀況已被改變，同步電動(dòng)機(jī)和一部電動(dòng)機(jī)一樣都能調(diào)速，過去阻礙同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的起動(dòng)、振蕩和失步等問題已經(jīng)得到解決。同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，其功率覆蓋面大，從數(shù)瓦德微型同步電動(dòng)機(jī)到數(shù)千瓦的大型同步電動(dòng)機(jī)。超大型抽水蓄能電動(dòng)發(fā)電機(jī)的變頻起動(dòng)也屬于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速之列。同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本原理和方法以及所用的變頻裝置都和異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速大體相同。但是，同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速也有其獨(dú)自的一些優(yōu)點(diǎn)。同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源的基波頻率之間保持著嚴(yán)格的同步關(guān)系 數(shù)中p為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。從式中看出，只要精確地控制變頻電源的基波頻率就能準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。同步電動(dòng)機(jī)

13、可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁來調(diào)節(jié)電機(jī)的功率因數(shù)，這對(duì)于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)有利。若電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在=1的狀態(tài)下，電機(jī)的電樞電流最小，變頻器容量可減小。同步電動(dòng)機(jī)對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有較強(qiáng)承受能力，這是因?yàn)橹灰诫妱?dòng)機(jī)的公角作適當(dāng)變化就能改變電磁轉(zhuǎn)矩，而轉(zhuǎn)速始終維持在原同步速不變。同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性不會(huì)影響同步電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。因此，同步電動(dòng)機(jī)比較適合于要求對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化作出快速反應(yīng)的交流調(diào)速系中。同步電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)也能運(yùn)行，因?yàn)樗軓霓D(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁以建立必要的磁場(chǎng)，故它的調(diào)速范圍比較寬。 在同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，從電動(dòng)機(jī)的輸入頻率看，有兩種：一為頻率他控式，二為頻率自控式。所謂頻率他控式是指，給同步電

14、動(dòng)機(jī)供電的變頻器的輸出頻率是由轉(zhuǎn)速給定信號(hào)決定的。這種調(diào)速系統(tǒng)一般多采用開環(huán)控制，因此，像接在工頻電網(wǎng)上運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)一樣，存在著轉(zhuǎn)子振蕩及失步等問題。他控式恒壓頻比的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)目前多用于小容量場(chǎng)合，例如永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)。頻率自控式則不然，變頻器的輸出頻率不是隨意由外部給定的，而是由電動(dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的。這樣一來，就不存在轉(zhuǎn)子失步問題，即永遠(yuǎn)同步運(yùn)行。實(shí)際上，只要在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝了磁極位置檢測(cè)器，使其輸出信號(hào)與電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率同步，就可實(shí)現(xiàn)頻率自控。自控式同步電機(jī)又可分為兩種類型。（1）負(fù)載換相自控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路長(zhǎng)采用交-直-交電流型變頻器，利

15、用同步電動(dòng)機(jī)電流超前電壓的特點(diǎn)，使逆變器的晶閘管工作在自然換向狀態(tài)。國(guó)際上簡(jiǎn)稱這種系統(tǒng)為lci（load commutated inverter）。目前這種調(diào)速系統(tǒng)容量已達(dá)到數(shù)萬千伏安，電壓等級(jí)達(dá)到萬伏以上。值得注意的是這種超大容量的系統(tǒng)所用同步電動(dòng)機(jī)滑環(huán)式勵(lì)磁系統(tǒng)已改用無刷勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。（2）交-交變頻供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交-交變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的逆變器采用交-交循環(huán)變流結(jié)構(gòu)，由晶閘管組成，提供頻率可變的三相正弦電流給同步電動(dòng)機(jī)。采用矢量控制后，這種系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，廣泛用于軋鋼機(jī)主傳動(dòng)調(diào)速中。交-交變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容量可以做到很大，達(dá)到10000kva以上。但是調(diào)頻范圍最

16、高達(dá)到20hz（工頻為50hz），這是這種調(diào)速系統(tǒng)的不足之處。 自控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、耐用，且維護(hù)工作量小。近些年來，矢量控制技術(shù)的成熟，使高性能自控式同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)某些不要求調(diào)速的大型機(jī)械負(fù)載（功率在一萬乃至幾千萬千瓦），如鋼廠煉鐵高爐用鼓風(fēng)機(jī)，采用功率因數(shù)可調(diào)的同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)較為合適。大容量同步電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)用途是作為抽水蓄能機(jī)組。在抽水蓄能電站中，機(jī)組（包括水力機(jī)械與同步電機(jī)）的運(yùn)行工況時(shí)可逆的。當(dāng)電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)，要求水輪機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，于是水庫(kù)里的水流入下水庫(kù)貯存。待低谷負(fù)荷時(shí)，機(jī)組中的電機(jī)作電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵運(yùn)

17、行，再把下水庫(kù)里的水抽到上水庫(kù)，如此循環(huán)工作。大容量不調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)，存在啟動(dòng)困難的問題。如在啟動(dòng)過程中變成自控式同步電動(dòng)機(jī)方式，則可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，且啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)平穩(wěn)。由于僅在啟動(dòng)過程中作自控式同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，變頻裝置的容量相對(duì)電機(jī)來說要小的多。對(duì)鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載，變頻裝置容量只有電機(jī)額定容量的1/4；對(duì)抽水蓄能機(jī)組，僅為1/10左右。鋼鐵工業(yè)中的初軋機(jī)要求其傳動(dòng)系統(tǒng)具有大容量、低轉(zhuǎn)速、頻率快速的正反轉(zhuǎn)、過載能力大等特點(diǎn)，并有較強(qiáng)的抗干擾能力。交交電壓型自控式同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)能較好地滿足這種要求，這種系統(tǒng)還能用于鋼廠的熱連機(jī)上。同步電動(dòng)機(jī)雖然結(jié)構(gòu)上比異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但采用變頻調(diào)速后在交流傳動(dòng)領(lǐng)

18、域內(nèi)和異步電動(dòng)機(jī)有著重要的作用。二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）電動(dòng)機(jī)包括交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等多種類型，這是充分發(fā)揮各種電動(dòng)機(jī)的固有性能而設(shè)計(jì)成不同類型。同時(shí)，為了滿足各種機(jī)器設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求，現(xiàn)在正在開展穩(wěn)健的技術(shù)開發(fā)。電動(dòng)機(jī)技術(shù)研究的基礎(chǔ)，仍然是制造能夠?qū)㈦娔芨咝兽D(zhuǎn)化成為機(jī)械能的小型、經(jīng)濟(jì)、特性優(yōu)良的能量變換機(jī)械。在結(jié)構(gòu)方面，電動(dòng)機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子組成，原則上是轉(zhuǎn)子安裝在電動(dòng)機(jī)的中心位置，對(duì)稱的配置定子。采取這種的形式是基本的原則。這是因?yàn)楦鞣N電動(dòng)機(jī)都源于共同的理論基礎(chǔ)。有了上述的觀念，下面開始論述電動(dòng)機(jī)技術(shù)開發(fā)的現(xiàn)狀。（1）高效率技術(shù) 如果將電動(dòng)機(jī)的損耗分類

19、，可以分為銅筍、鐵損、機(jī)械損耗及漂移負(fù)荷損耗。下面論述減少這些損耗的主要技術(shù)手段。銅損。銅損是由電流通過導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生的焦耳熱所引起的損失。為了減少銅損，通常采用兩種方法，即減少通過繞組的電流和減少繞組的電阻。電動(dòng)機(jī)電流包括勵(lì)磁電流和電樞電流，改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，把磁極換成永久磁鐵，就沒有勵(lì)磁電流。把勵(lì)磁的永久磁鐵換成高性能磁鐵，可以減少電樞電流。電動(dòng)機(jī)繞組包括勵(lì)磁繞組和電樞繞組。盡量減小勵(lì)磁繞組和電動(dòng)機(jī)子繞組的電阻，就可以減小銅損。為此，改善繞組的制造工藝，提高繞組的占積率，分割核心集中繞組，減少端節(jié)線等措施，是繞組高密度化，達(dá)到電阻值目的。鐵損。鐵損是渦流損耗和磁滯損耗，為了降低這些損耗，提高

20、電磁硅鋼片的含硅量，以改善材質(zhì)。硅鋼片的使用厚度標(biāo)準(zhǔn)由0.5t降至0.35t一下的薄硅鋼片。將這些低損耗的電磁硅鋼片疊合起來，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cae）使磁路最優(yōu)，改善電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)以減小加工誤差。機(jī)械損耗。機(jī)械損耗以摩擦損耗和風(fēng)阻損耗為主。為了降低這些損耗，應(yīng)研究低耗電量、耐用、低磨損的軸承制造技術(shù)。有關(guān)的軸承有滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承、動(dòng)壓流體軸承、磁懸浮軸承和靜壓流體軸承等。從這些軸承中，選擇最合適的軸承使用。（2）節(jié)能技術(shù)在工業(yè)和工廠自動(dòng)化（fa）領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)、泵、輸送機(jī)械、機(jī)床等機(jī)械的電動(dòng)機(jī)，在家電領(lǐng)域的空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)家用電器電動(dòng)機(jī)，一般都是直接或通過減速機(jī)，以某個(gè)速度連續(xù)運(yùn)行，或者由

21、on/off開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)斷續(xù)運(yùn)行。若采用變頻器控制這些電動(dòng)機(jī)，就可以根據(jù)負(fù)荷的狀態(tài)使這些機(jī)械工作在最高效率點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)的工作點(diǎn)，形成高效率的運(yùn)行組合。在帶有減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式中，如果取消減速機(jī)而使用變頻器控制電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可以改善傳動(dòng)效率和降低噪聲。（3）高可靠、低價(jià)格化技術(shù) 把高質(zhì)量的產(chǎn)品盡快地以低成本制造出來是生產(chǎn)產(chǎn)品的出發(fā)點(diǎn)。進(jìn)來對(duì)于成本和質(zhì)量的一些觀念正在發(fā)生變化。低價(jià)格化是原材料、零件加工、組裝、質(zhì)檢工序等各項(xiàng)成本決定的。最近，伴隨著全球化的國(guó)際成本競(jìng)爭(zhēng)，要求產(chǎn)品具有高質(zhì)量、優(yōu)良的安全性、方便的維修和解體性及零件壽命評(píng)價(jià)體系。此外，對(duì)于可再生材料和環(huán)境問題的應(yīng)對(duì)措施，提出了

22、要求，即在價(jià)格方面考慮可重復(fù)利用的成本。為了應(yīng)對(duì)這些要求，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)周期，能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)、低成本的產(chǎn)品，需要把過去生產(chǎn)中的技術(shù)信息、專門技術(shù)、專家經(jīng)驗(yàn)等，引入到開發(fā)設(shè)計(jì)過程中。這就是利用計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)（cae）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）和計(jì)算機(jī)輔助制造（cam）等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。利用數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)仿真，可以不經(jīng)過試驗(yàn)階段，直接進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，并且可以在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察評(píng)價(jià)產(chǎn)品的工作狀況。由于利用計(jì)算機(jī)很容易更改設(shè)計(jì)，從開發(fā)、設(shè)計(jì)到制造及可靠性評(píng)價(jià)的一系列工作，都可以在短時(shí)間內(nèi)高效率地完成。用低成本制造高質(zhì)量的產(chǎn)品的過程技術(shù)也正在開發(fā)進(jìn)程中?？v觀交流調(diào)速的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，可以看出

23、現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)向。（1） 以取代直流調(diào)速系統(tǒng)為目標(biāo)的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步研究與開發(fā)。 十年來的實(shí)踐表明，矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用尚待隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進(jìn)一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。各種控制結(jié)構(gòu)所依據(jù)的都是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理適用的控制機(jī)構(gòu)，仍需對(duì)交流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)、特點(diǎn)及內(nèi)在規(guī)律作深入研究和探討。特別是交流調(diào)速系統(tǒng)的綜合與校正理論及工程設(shè)計(jì)方法是今后交流調(diào)速系統(tǒng)的重要研究課題。近幾年來，不依賴電機(jī)模型的模糊自尋優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中，成為交流調(diào)速控制理論、控制技

24、術(shù)新的研究發(fā)展方向。取消通過機(jī)械連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)及其他測(cè)速傳感器，實(shí)現(xiàn)無硬件測(cè)速傳感器的交流調(diào)速系統(tǒng)一有應(yīng)用，但是轉(zhuǎn)速推算精度和控制的實(shí)時(shí)性有待于進(jìn)一步深入研究與開發(fā)。（2） 新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率變換器的研究與開發(fā)。目前，電力電子逆變器正朝著高頻化、大功率方向發(fā)展，這使裝置內(nèi)部電壓，電流發(fā)生劇變，不但使器件承受很大的電壓、電流應(yīng)力，而且在輸入、輸出引線及周圍空間里產(chǎn)生高頻電磁噪聲，引發(fā)電氣設(shè)備誤動(dòng)作，這種公害成為電磁干擾。抑制電磁干擾的有效方法也是采用軟開關(guān)技術(shù)。具有軟開關(guān)功能的諧振變流器在國(guó)內(nèi)外都在積極進(jìn)行研究與開發(fā)。今后幾年內(nèi)串并聯(lián)諧振式變頻器將有商品化的產(chǎn)品推出。 針對(duì)交-交變頻器輸出頻率低

25、的缺點(diǎn)，與20世紀(jì)80年代人們開始研究矩陣式變流器。矩陣式變化器是一種可供選擇的交-交變化器結(jié)構(gòu)，其輸出頻率可提高到45hz以上。近期以來，已有研究成果發(fā)表，可望在不久的將來能達(dá)到實(shí)用化階段。（3） pwm模式的改進(jìn)和進(jìn)化。 近年來，隨著中壓變頻器的興起，對(duì)于電壓空間矢量控制pwm模式進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化研究，其中為解決三電平中壓變頻器中點(diǎn)電壓偏移問題，研究了電壓矢量合成pwm模式（不產(chǎn)生中點(diǎn)電壓偏移時(shí)的電壓長(zhǎng)矢量、短矢量、零矢量的組合），已取得了具有實(shí)用價(jià)值的研究成果；用于級(jí)聯(lián)式多電平中壓變頻器的脈沖移相pwm技術(shù)已有應(yīng)用。（4） 中壓變頻裝置（我國(guó)稱為高壓變頻裝置）的研究與技術(shù)開發(fā)。中壓是指電

26、壓等級(jí)為230010000v，中、大功率是指公率等級(jí)在300kw以上。中壓、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)研究與開發(fā)實(shí)踐已有20多年了，逐步走上了實(shí)際應(yīng)用階段尤其高壓全控型功率器件產(chǎn)生以來，中壓變頻器的應(yīng)用趨勢(shì)迅速加快了。其中，目前應(yīng)用較多的是采用igbt、igct三電平中壓變頻器及級(jí)聯(lián)式多電平中壓變頻器。當(dāng)今多電平中壓變頻器已成為交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域，是熱點(diǎn)課題之一。中壓變頻器今后發(fā)展方向和研究課題為： 裝置安全技術(shù)方面有，功率器件串聯(lián)技術(shù)，隔離技術(shù)，絕緣技術(shù)，保護(hù)技術(shù)，遙控技術(shù)及通信技術(shù)，電磁兼容技術(shù)，諧波抑制技術(shù)等。 控制技術(shù)方面有，將矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)引入中壓變頻器，以及研究開發(fā)使用

27、與中壓變頻器的pwm技術(shù)。中壓變頻技術(shù)的發(fā)展受到了電力電子器件耐壓等級(jí)不高的限制。當(dāng)前，美國(guó)cree公司、德國(guó)西門子公司、日本東芝公司，還有歐洲abb公司等投入巨資研制一種碳化硅（sic）電力電子器件，其中pn耐壓等級(jí)可達(dá)10kv以上。預(yù)計(jì)今后10年內(nèi)，碳化硅器件會(huì)有突破性的發(fā)展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。三、 本課題研究?jī)?nèi)容本課題主要是研究設(shè)計(jì)20kw同步電動(dòng)機(jī)。首先根據(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)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)

28、,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(zhǎng)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(zhǎng)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.本課題的主要計(jì)算過程如下：1.主要規(guī)格的確定2.主要尺寸的確定3.電樞鐵心及電樞繞組的確定4.磁路計(jì)算5.穩(wěn)態(tài)電抗計(jì)算6.短路比計(jì)算7.勵(lì)磁繞組計(jì)算8.短路電流，過載能力及暫態(tài)電抗計(jì)算9.額定負(fù)載時(shí)的損耗及效率計(jì)算10主要材料重的計(jì)算11控制回路的設(shè)計(jì)12.定子、轉(zhuǎn)子、三相繞組圖的繪制四、 本課題研究方案本課題的研究方案主要有三個(gè)，方案一是根據(jù)

29、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(zhǎng)度,最后計(jì)算出符合國(guó)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，通過增加每槽導(dǎo)體數(shù)，減小電機(jī)的鐵心長(zhǎng)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)省硅鋼片的用量的目的。方案三：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(zhǎng)度,從而達(dá)到減小銅耗,最終達(dá)到提高效率的目的。 方案三與方案一主要是通過增加材料耗用來提高效率為目的，方案二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。五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1.研究目標(biāo)：根

30、據(jù)用戶提出的產(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(jiǎn)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。2.主要特色：進(jìn)行電動(dòng)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。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。方案三，為效率最高方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機(jī)的效率達(dá)到最高。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。 本課

31、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)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)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。3. 工作進(jìn)度：起訖日期工作內(nèi)容備注第一周第三周論文的開題報(bào)告第四周第五周畢業(yè)實(shí)習(xí)第六周第九周用autocad制圖第十周第十二周復(fù)算電機(jī)的各種參數(shù)及設(shè)計(jì)控制方案第十二周第十三周上機(jī)設(shè)計(jì)三個(gè)優(yōu)化方案第十四周第十五周寫畢業(yè)論文第十五周第十六周論文答辯六、參考文獻(xiàn)1電機(jī)設(shè)計(jì) 陳世坤編 機(jī)械工業(yè)出版社 2電機(jī)學(xué) 李發(fā)海等合編 科學(xué)出版社 3. 電機(jī)學(xué) 辜承林 陳橋夫 熊永

32、前 華中科技大學(xué)出版社4交流電機(jī)及系統(tǒng)的分析 高景德 李發(fā)海 清華大學(xué)出版社5.電機(jī)與電力拖動(dòng) 邱阿瑞 電子工業(yè)出版社6.交流調(diào)速控制系統(tǒng) 李德華 電子工業(yè)出版社南 昌 大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所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)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(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(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交

33、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(kù)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。 保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于 不保密。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：20kw-4極電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電機(jī)電器 學(xué) 號(hào)：6101106017學(xué)生姓名： 馬童國(guó) 指導(dǎo)教師：黃劭剛 摘要本論文介紹了同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理，重點(diǎn)分析同步電動(dòng)機(jī)電磁結(jié)構(gòu)及其對(duì)電機(jī)性能的影響，提出數(shù)個(gè)電磁設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比來分析電磁方案的優(yōu)缺點(diǎn)：效率提高，電機(jī)體積會(huì)相應(yīng)

34、的增大，材料成本會(huì)增加；縮小電機(jī)體積，成本降低，效率也降低。通過對(duì)比分析，選擇合適的電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分析同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和調(diào)速性能。 隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速在同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)，分析矢量控制算法，提出轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制方法，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。關(guān)鍵字：同步電動(dòng)機(jī)；電磁方案設(shè)計(jì)；變頻調(diào)速；矢量控制 design of electromagnetic and control system for 10kw-6p electric excitation synchronous motor abstrac

35、t this paper introduces the structure of an synchronous motor and the operating principles，and analyze electromagnetic structure of the synchronous motor and the impact on motor performance . a number of electromagnetic designs are developed and compared to analyze the advantages and disadvantages o

36、f electromagnetic ：with higher efficiency the volume of the motor is correspondingly increased, and costs will increase ; the volume and material costs are reduced with reduceing efficiency . and the appropriate motor design parameters are choosed by comparative analysis to develop optimal design of

37、 synchronous motor in the design, synchronous motor starting and speed performances are analyzed . with the power electronics and computer control technology developing, frequency control is applied to electric synchronous motor speed control system .the paper analyzes vector control algorithm and p

38、roposes torque control and field weakening control method, and designs frequency control system of a synchronous motor on requestkeyword: synchronous motor; electromagnetic design; vector control; frequency control目錄摘要abstract緒論第一章 同步電機(jī)概論 1.1同步電機(jī)的額定值1.2同步電機(jī)的用途1.3同步電機(jī)的三種運(yùn)行方式第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 2.1同步電動(dòng)機(jī)的基本

39、方程式、相量圖及功角特性2.2同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行2.3同步電動(dòng)機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)第三章 同步電機(jī)變頻調(diào)速分析 3.1同步電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速的比較3.2同步電機(jī)和異步電機(jī)調(diào)速的比較 3.3 同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 3.4坐標(biāo)變換 3.5同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制 3.6同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制 3.7交流變頻調(diào)速同步電機(jī) 3.7.1同步電機(jī)極數(shù)與頻率的選擇 3.7.2同步電機(jī)電壓的選擇第四章 自控式同步電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng) 4.1自控式同步電動(dòng)機(jī)的分類及應(yīng)用范圍 4.1.1自控式同步電動(dòng)機(jī)的分類 4.1.2自控式同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 4.2自控式同步電動(dòng)機(jī)的工作原理和運(yùn)行性能 4.2.1工作原理 4.2.2運(yùn)行性能

40、第五章 同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案設(shè)計(jì) 5.1 同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)思路 5.2 同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 5.3 數(shù)據(jù)對(duì)比 5.4 同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析 5.5 同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工作總結(jié) 5.6 同步電動(dòng)機(jī)cad附圖第六章 調(diào)速控制系統(tǒng)硬件組成 6.1 調(diào)速系統(tǒng)主電路 6.2 控制電路 6.3 調(diào)速系統(tǒng)舉例第七章 auto cad 2006繪圖 7.1定子沖片圖 7.2轉(zhuǎn)子沖片圖 7.3單相繞組圖第八章總結(jié) 參考文獻(xiàn)（references）致 謝外文資料原文及譯文 前言隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速在同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，使同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合大為擴(kuò)大。同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速只跟電網(wǎng)

41、的頻率有關(guān)與負(fù)載無關(guān)，同時(shí)具備類似直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的調(diào)節(jié)特性，及其功率因數(shù)能高達(dá)1，較一般感應(yīng)電機(jī)而言，效率較高。同步電動(dòng)機(jī)從勵(lì)磁角度，可分為電勵(lì)磁和永磁同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)正朝著永磁方向發(fā)展，而且永磁同步電動(dòng)機(jī)因其優(yōu)良的工作特性和高效率等優(yōu)點(diǎn)正被廣泛地開發(fā)和應(yīng)用。同步電動(dòng)機(jī)用于多軸控制系統(tǒng)。研究電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和原理就顯得很有必要。第一章 同步電機(jī)1.1同步電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)同步電機(jī)是由定子及轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，定子上有三相交流繞組；轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場(chǎng)。同步電機(jī)的定子鐵芯是由硅鋼片沖制后疊裝而成。同步電機(jī)的定子有時(shí)也稱為電樞，由定子鐵芯、電樞三相繞組、機(jī)座和端蓋等部件所組成。當(dāng)大型同步電機(jī)沖片外圓

42、的直徑大于1m時(shí)，由于材料標(biāo)準(zhǔn)尺寸的限制，必須做成 扇形沖片，然后按圓周拼合起來疊裝而成。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極式和隱極式。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來定義的。如下圖：1）凸極式：有上圖可見，轉(zhuǎn)子有明顯的突出的磁極，氣隙分布不均勻。2）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。 區(qū)別：對(duì)于高速旋轉(zhuǎn) 的同步電機(jī)，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，我們采用隱極式，而對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡(jiǎn)單、勵(lì)磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。1.2同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值有：1）額定電壓：是指在正常運(yùn)行時(shí)，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。電壓的單位用v或kv

43、表示。2）額定電流：流過定子繞組的線電流 。3）額定功率：是指在正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率 。對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言：輸出的是機(jī)械功率。，單位是kw。4） 相數(shù)m ：一般m=3。5）額定頻率:我國(guó)額定工業(yè)頻率規(guī)定為50hz.6）額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速即為電機(jī)的同步速，在一定極數(shù)及頻率時(shí)，它的轉(zhuǎn)速是定值。1.3同步電機(jī)的三種運(yùn)行方式同步電機(jī)的三種運(yùn)行方式如右圖：1）轉(zhuǎn)子軸線超前定子軸線，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)顯然是發(fā)電機(jī)。2）轉(zhuǎn)子軸線和定子軸線相重合，此時(shí)的功角為零，電磁轉(zhuǎn)矩為0，所以這是一種從發(fā)電機(jī)向電動(dòng)機(jī)過度的臨界狀態(tài)。3）轉(zhuǎn)子軸線滯后與定子軸線一個(gè)功角，此時(shí)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，所以我們可以斷定

44、電機(jī)為電動(dòng)機(jī)。第二章 三相同步電動(dòng)機(jī)2.1同步電動(dòng)機(jī)的基本方程式、相量圖及功角特性同步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)平衡方程式及相量圖，可以通過同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)平衡方程式及相量圖轉(zhuǎn)化求得。一、基本方程式：1、電動(dòng)勢(shì)：同理可得出凸極式：2、相量圖：相對(duì)與發(fā)電機(jī)，即可作出相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的相量圖。3功角特性：在同步發(fā)電機(jī)中，我們令電流流出的方向?yàn)檎较?，而在電?dòng)機(jī)中，理論上，我們?nèi)匀豢梢赃@樣，但為了大家好理解，我們?cè)O(shè)電流流入的方向?yàn)檎较?。這樣，我們可以仿照同步發(fā)電機(jī)列出同步電動(dòng)機(jī)的功角特性表達(dá)示： 即：這樣，我們就可以畫出凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性曲線。為了結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)單，在某些小容量同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上不安放直流勵(lì)磁繞組

45、，因此轉(zhuǎn)子就不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，感應(yīng)電勢(shì)此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁功率并不為零，仍有有了電磁功率就有電磁轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子沒有勵(lì)磁的凸極同步電動(dòng)機(jī)也能旋轉(zhuǎn)。2.2同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行當(dāng)三相同步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱繞組接到三相對(duì)稱電源上的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)氣，簡(jiǎn)稱電樞磁通勢(shì)，其空間向量用表示。假設(shè)電樞磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，其轉(zhuǎn)速為同步速。電樞磁通勢(shì)的大小為式中為每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)；是每相繞組的基波繞組系數(shù)；是每相電流的有效值；是電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 在同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，它的轉(zhuǎn)子也是逆時(shí)針方向以同步速旋轉(zhuǎn)著，而且轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組還流過直流勵(lì)磁電流。由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的基波磁通勢(shì)，稱為勵(lì)磁磁通勢(shì)，其空間向量用

46、表示。由于勵(lì)磁電流是直流電流，勵(lì)磁磁通勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子式靜止的，但轉(zhuǎn)子本身以同步轉(zhuǎn)速逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)著，所以勵(lì)磁磁通勢(shì)相對(duì)于定子也是逆時(shí)針方向以同步速旋轉(zhuǎn)。勵(lì)磁磁通勢(shì)的大小為式中為一對(duì)磁極的匝數(shù)；為勵(lì)磁繞組的分布系數(shù)，對(duì)于凸極同步電動(dòng)機(jī)，=1；是勵(lì)磁電流。 這樣，作用在同步電動(dòng)機(jī)的主磁路上就有兩個(gè)磁通勢(shì)，即勵(lì)磁磁通勢(shì)和電樞磁通勢(shì)，它們都以同步轉(zhuǎn)速逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，但兩者在空間位置上不一定重合在一起，可以是一前一后地旋轉(zhuǎn)。同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖2.3同步電動(dòng)機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)是超前還是滯后，和發(fā)電機(jī)一樣決定于勵(lì)磁狀態(tài)。 先看一下同步電動(dòng)機(jī)的v型曲線，注意到：1）過勵(lì)時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)中吸入超前的無功電流，2）欠勵(lì)時(shí)，從電網(wǎng)中吸入滯后的無功功率電流，顯然，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)是可以通過改變勵(lì)磁電流來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。我們知道，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)必須從電網(wǎng)吸收激磁電流來建立磁場(chǎng)，所以現(xiàn)代電網(wǎng)的功率因數(shù)經(jīng)常是滯后性的。而同步電動(dòng)機(jī)在過勵(lì)時(shí)，能夠從電網(wǎng)吸入超前電流。因此，如將同步電動(dòng)機(jī)在過勵(lì)狀態(tài)下和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)接在同一電網(wǎng)上，便可以使供電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高。同步電動(dòng)機(jī)能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這是它最可貴的優(yōu)點(diǎn)。第三章 同步電機(jī)變頻調(diào)速3.1同步電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速的比較交流電機(jī)與直流電機(jī)相比具有一下特點(diǎn)：（1） 單機(jī)容量不受限制 眾所周知，直流電機(jī)由于換向器的