40KW6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)（論文）開題報(bào)告：40kw-6級(jí)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)選題的依據(jù)及意義在現(xiàn)代社會(huì)中，通過使用汽油，柴油，煤油等石油的提煉產(chǎn)品的一次能源獲得動(dòng)能的模式會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重與人類對高品質(zhì)環(huán)境的要求日趨加劇的矛盾日趨激化，這種獲得動(dòng)能的模式最終會(huì)被完全的取代。人類對新的獲得動(dòng)能的模式的需求將會(huì)更加迫切。大家都知道，電能是一種無污染，高效，清潔的能源。所以電能將被開發(fā)成為現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源之一是一種趨勢。伴隨著電能的日趨普及以及在國民生產(chǎn)中日趨重要的地位，電能的生產(chǎn)、輸送和使用等將日益被人們重視并伴隨著著技術(shù)的發(fā)展，而在電能的生產(chǎn)、輸送、使用等方面，電機(jī)起著重要的作用。電機(jī)主要包括發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)等類型。發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中有廣泛的用途。電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)各種用途的生產(chǎn)機(jī)械。機(jī)械制造工業(yè)、冶金工業(yè)、煤炭工業(yè)、石油工業(yè)、輕紡工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及其他各種礦企業(yè)中，廣泛地應(yīng)用各種電動(dòng)機(jī)。例如，在交通運(yùn)輸中，鐵道機(jī)車和城市電車是由牽引電機(jī)拖動(dòng)的；在航運(yùn)和航空中，使用船舶電機(jī)和航空電機(jī)；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，電力排灌設(shè)備、打谷機(jī)、榨油機(jī)等都是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的；在國防、文教、醫(yī)療及日常生活中，也廣泛應(yīng)用各種小功率電機(jī)和微型電機(jī)。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中同樣有廣泛的用途。大家應(yīng)該都知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠電能。雖然現(xiàn)在主要是使用異步電動(dòng)機(jī)，但是同步電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，效率高，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，電磁性能良好高等優(yōu)點(diǎn)。所以我斷言，同步電動(dòng)機(jī)取代異步電動(dòng)機(jī)成為國民生產(chǎn)中主要的動(dòng)力來源是一種趨勢。可見研究同步電動(dòng)機(jī)具有重要的意義。主要有提高電動(dòng)機(jī)的效率、減少能源的使用，減少CO2的排放量，減少電動(dòng)機(jī)所用材料等等，總之，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的作用。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）電機(jī)的發(fā)明簡歷：電機(jī)的歷史可追溯到1831年邁克爾*法拉第發(fā)明的盤式電機(jī)，這是一種真正的直流電機(jī)。此后，人們對電機(jī)的興趣一直停留在實(shí)驗(yàn)室階段和好奇的狀態(tài)。知道19世紀(jì)70年代，托馬斯*愛迪生為實(shí)現(xiàn)真正意義上的電功率分配，以便使電燈進(jìn)入千家萬戶，開始了商業(yè)目的直流發(fā)電機(jī)的研究。在此項(xiàng)工作中，愛迪生提出將電能從集中的發(fā)電站輸出，然后對用戶進(jìn)行分配這個(gè)全新概念。他作為領(lǐng)路人，倡導(dǎo)廣泛地運(yùn)用電動(dòng)機(jī)，并引用電網(wǎng)的基本框架這一概念。電機(jī)歷史上主要的里程碑是，1888年尼古拉*特斯拉發(fā)明了三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)兵申請了專利。特斯拉的交流電的理論領(lǐng)先于查理斯*施泰因梅茨十來年，1900年可靠地卷鐵芯式變壓器問世，從而開創(chuàng)了長距離輸電的新紀(jì)元。當(dāng)時(shí)，美國為完成電氣化的進(jìn)程又花了30年的時(shí)間，而且直至20世紀(jì)30年代，美國的農(nóng)村配電系統(tǒng)還沒有完成。但是無論如何，在此期間美國的電氣化進(jìn)程進(jìn)展還是相當(dāng)順利的。電機(jī)的推廣應(yīng)用，僅僅跟隨著電網(wǎng)擴(kuò)張的腳步。盡管今天應(yīng)用的電機(jī)學(xué)的理論課追溯到100年以前，但是其更新和提高的腳步從來沒有停止過。更好的鐵磁和絕緣材料的不斷研制，使功率密度比早起電機(jī)的功率密度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。大容量電機(jī)的制造技術(shù)，降低了電機(jī)的制造成本，因而為其更廣泛的應(yīng)用打開了大門?？煽康馗吖β实燃?jí)的開關(guān)裝置，以及近幾十年來由于“固態(tài)革命”產(chǎn)生的微處理機(jī)，使電氣拖動(dòng)領(lǐng)域的控制水平大大提高。所有這一切，都是能量的利用與控制能力的提高從而不斷地促進(jìn)人類生活方式的進(jìn)步。變頻調(diào)速技術(shù)：變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展回顧：隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用到電機(jī)控制領(lǐng)域。功率器件的更新?lián)Q代促使了電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。從20世紀(jì)60年代后期開始，電力電子器件經(jīng)歷了從SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的轉(zhuǎn)變過程。與此同時(shí)，變頻調(diào)速控制技術(shù)也發(fā)生了由VVVF變頻、矢量控制變頻到直接轉(zhuǎn)矩控制變頻的轉(zhuǎn)變過程。20世紀(jì)70年代，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速的研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。歐、美、日等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場并廣泛應(yīng)用。VVVF變頻器的控制相對簡單，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此，人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。矢量控制變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法為：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相—二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1。其中Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制方法的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交-直-交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交-交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交-交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。變頻調(diào)速基本原理：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:n=n1(1-s)=60f(1-s)/p(1)式中:

n—電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min

n1—同步轉(zhuǎn)速，r/min

p—磁極對數(shù)

s—轉(zhuǎn)差率，%

f—頻率，Hz由轉(zhuǎn)速公式（1）可知,我們可以通過改變極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的調(diào)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對電機(jī)特性都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬(10%～100%)和精度高等性能，節(jié)電效果20%～30%。

實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。因?yàn)橛僧惒诫姍C(jī)的電勢公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即：U∝E=C1fΦ（2）式（2）中，C1為常數(shù)，因此有：Φ∝E/f≈U/f（3）若外加電壓不變，則磁通Φ隨頻率而改變，如頻率f下降，磁通Φ會(huì)增加，造成磁路過飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱，顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通不變，這可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速(VVVF)，簡稱變頻調(diào)速。從結(jié)構(gòu)上看，靜止變頻調(diào)速裝置可分為交-直-交變頻、交-交變頻兩種方式。前者適用于高速小容量電機(jī)，后者適用于低速大容量拖動(dòng)系統(tǒng)。只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的供電頻率f,就可以十分方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n,比改變極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個(gè)參數(shù)簡單得多。特別是近二十多年來,靜態(tài)電力變頻調(diào)速器突飛猛進(jìn)的發(fā)展,使得三相交流電機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電機(jī)調(diào)速的主流。

變頻器的構(gòu)成：異步電機(jī)的變頻調(diào)速是通過變頻器實(shí)現(xiàn)的。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器(MCU/DSP)等部分組成。變頻調(diào)速技術(shù)在家電中的應(yīng)用通常，家用電器用得最多的是單相異步電動(dòng)機(jī)，靠電容或電阻分相。電機(jī)在工作時(shí)常處于短時(shí)重復(fù)狀態(tài)(開/停)，如空調(diào)、冰箱等。這樣勢必帶來起動(dòng)頻繁、噪聲大、電機(jī)壽命短、溫度穩(wěn)定性差以及能耗高等一系列弊端。變頻技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了家用電器的變頻化，變頻家用電器具有省電節(jié)能、舒適、壽命長、安全可靠、靜音化等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)70年代，在歐美等發(fā)達(dá)國家率先將變頻技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)、微波爐、電冰箱、洗衣機(jī)等家電產(chǎn)品中，從而給家電產(chǎn)業(yè)帶來了一場新的革命。首先是空調(diào)，空調(diào)器應(yīng)用變頻技術(shù)后，擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍，不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制，達(dá)到降低電力消耗，消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來，新式的空調(diào)器已采用無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，其節(jié)能效果相對于異步電動(dòng)機(jī)變頻又提高了約10%-15%。為進(jìn)一步提高裝置的效能，近年來，日本的空調(diào)器又逐步從單純的PWM控制改為PWMPAM混合控制方式。即較低速時(shí)采用PWM控制，保持U/f為一定；當(dāng)轉(zhuǎn)速大于一定值時(shí)，將調(diào)制度固定在最大值附近，通過改變直流斬波器的導(dǎo)通占空比，提高逆變器輸入直流電壓值，從而保持變頻器輸出電壓和轉(zhuǎn)速成比例，這一區(qū)域稱為PAM區(qū)。采用混合控制方式后，變頻器的輸入功率因數(shù)、電機(jī)效率、裝置綜合效率都比單獨(dú)PWM控制時(shí)有較大幅度的提高。其次是電冰箱，由于它處于全天工作，功耗及噪聲問題嚴(yán)重。采用變頻制冷后，壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài)，可以徹底消除因壓縮機(jī)起動(dòng)引起的噪聲，節(jié)能效果更加明顯。目前，日本中高檔冰箱中95%以上采用了變頻技術(shù)，歐美等發(fā)達(dá)國家也在大力推廣普及變頻冰箱。但在國內(nèi)市場，由于技術(shù)和成本原因使變頻冰箱遲遲無法大批量生產(chǎn)和在市場推廣。海爾在1998年開發(fā)出國內(nèi)第一臺(tái)變頻冰箱后，經(jīng)過幾年的不懈努力，依靠整合全球化資源，與日本三洋株式會(huì)社合作，在中國投產(chǎn)建立了最新一代的三相直流變頻壓縮機(jī)工廠，由此改寫了國內(nèi)企業(yè)進(jìn)口變頻壓縮機(jī)的歷史，也使變頻冰箱可低成本大批量生產(chǎn)，使變頻冰箱更加貼近于尋常百姓。2004年，一款208L的變頻冰箱日耗電只有0.29度，上市幾個(gè)月便占據(jù)了全國3500元以上高檔冰箱最暢銷前5個(gè)型號(hào)中的2個(gè)席位，得到廣大用戶的一致認(rèn)可。變頻洗衣機(jī)變頻波輪式洗衣機(jī)于20世紀(jì)90年代初最先由日本三菱公司推出，隨后新西蘭公司也推出了變頻攪拌式洗衣機(jī)。目前歐洲和日本研制的變頻滾筒式洗衣機(jī)也已經(jīng)大量進(jìn)入市場。變頻洗衣機(jī)具有三大特點(diǎn)：一是提高了洗滌效果。由于采用直接驅(qū)動(dòng)式變頻電機(jī)，其洗滌、脫水速度可調(diào)，可以針對不同衣物的質(zhì)地確定不同的洗滌脫水速度。同時(shí)，在洗滌桶和波輪低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩。采用電磁制動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)反向高速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)可根據(jù)洗滌物的種類、數(shù)量、臟污程度，選擇水流，使衣物的洗凈率和磨損率達(dá)到最佳效果。二是節(jié)能。變頻洗衣機(jī)效率高，過去的洗衣機(jī)電機(jī)的效率僅為40%～50%，而直流變頻洗衣機(jī)的效率可達(dá)到80%以上，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源。三是噪聲低、振動(dòng)小。這是因?yàn)橹绷髯冾l電機(jī)的電磁噪聲要小于單相感應(yīng)電機(jī)，同時(shí)改機(jī)械傳動(dòng)為直接傳動(dòng)，使齒輪、皮帶、電磁噪聲及脫水振動(dòng)得到有效控制。如日本夏普公司開發(fā)的ES-A80E型變頻洗衣機(jī)，其洗滌噪聲僅為28dB，脫水噪聲為40dB，脫水振動(dòng)減少一半，與8年前該公司的ES-B55機(jī)型（耗電260Wh）相比，現(xiàn)在的ES-A80E機(jī)型(耗電85Wh)的耗電約為老機(jī)型的1/3。無錫小天鵝公司是我國最早開發(fā)變頻洗衣機(jī)的廠家。該公司生產(chǎn)的“變頻王”洗衣機(jī)，采用先進(jìn)的無刷直流變頻電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，洗滌轉(zhuǎn)速和節(jié)拍可同時(shí)改變，速度控制靈活，可洗滌從絲綢到牛仔不同質(zhì)地的所有衣物，根據(jù)衣物質(zhì)地選擇不同脫水轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到高洗凈、低磨損、免纏繞的效果。其低噪聲和高效節(jié)能表現(xiàn)在平均脫水噪聲在59dB(A)以下，比普通洗衣機(jī)下降10dB(A)。特設(shè)的靜聲程序，噪聲在55dB(A)以下。直流變頻電機(jī)壽命比傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)延長200%，而能耗降低50%。另外，變頻技術(shù)也被應(yīng)用到電磁爐、電飯煲等其他家電以及照明系統(tǒng)中，成為家電業(yè)的一個(gè)嶄新的亮點(diǎn)。目前，我國制造的變頻家電大多數(shù)都是交流變頻產(chǎn)品。如變頻空調(diào)，2004年度中國空調(diào)市場總結(jié)報(bào)告顯示，2004年變頻空調(diào)產(chǎn)品的總銷量達(dá)到了195萬臺(tái)左右，總體市場占有率達(dá)到了7.93%，比去年微幅上升了近1.6個(gè)百分點(diǎn)。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，今年變頻空調(diào)的市場占有率將達(dá)到20%。變頻技術(shù)正在給形形色色的家電帶來新的革命，并將給用戶帶來更大的福音。今后變頻技術(shù)還將隨著電力電子器件、新型電力變換拓?fù)潆娐?、濾波及屏蔽技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展。另外，變頻技術(shù)應(yīng)用中帶來的諧波、電磁干擾和電源系統(tǒng)功率因數(shù)下降等問題也必將得到逐步解決。我國電機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展：20世紀(jì)40年代以前，我國電機(jī)制造行業(yè)極端落后。中華人民共和國成立后，電機(jī)工業(yè)才獲得迅速的發(fā)展，產(chǎn)品的品種、數(shù)量不斷增加，技術(shù)水平逐步提高。50年代以仿制國外產(chǎn)品為主，60年代起即走上自行設(shè)計(jì)的道路；50年代初只能生產(chǎn)一般中小型電機(jī)，不久即能制造大型發(fā)電設(shè)備和特殊用途電機(jī)，但與發(fā)達(dá)國家還具有很大的差距。電機(jī)行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的行業(yè)。經(jīng)過200多年的發(fā)展，它已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中不可或缺的核心、基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)中重要的一環(huán)。作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，我國發(fā)展電機(jī)制造業(yè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。到目前為止，我國的電機(jī)制造業(yè)已經(jīng)具有一定規(guī)模。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2008年上半年，全行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值180.5億元，同比增長19.7%。累計(jì)產(chǎn)量6805萬千瓦，同比增長11.1%。在總產(chǎn)量中，大中型電機(jī)產(chǎn)量為2878.7萬千瓦，增速減緩3.5個(gè)百分點(diǎn)；小型交流電機(jī)產(chǎn)量為3224.8萬千瓦，同比增長5.6%，增速同比減緩8.8個(gè)百分點(diǎn)；直流電機(jī)產(chǎn)量284.2萬千瓦，同比降低20.9%，增速同比減緩21.7個(gè)百分點(diǎn)。上半年全行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入178.5億元，同比增長17.7%。2008年以來，雖然我國經(jīng)受了全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，部分產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值呈下降趨勢。但是電機(jī)企業(yè)產(chǎn)量突飛猛進(jìn)。其主要原因是，企業(yè)積極實(shí)施國家節(jié)能政策，風(fēng)電生產(chǎn)項(xiàng)目的效果顯著。小型交流電機(jī)同比小幅增長，大中型電機(jī)增勢明顯，這與國家經(jīng)濟(jì)快速增長拉動(dòng)有關(guān)；直流電機(jī)產(chǎn)量同比降幅加大，主要是用戶如軋鋼機(jī)行業(yè)的需求量減少。隨著交流變頻器電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，依靠性價(jià)比優(yōu)勢，替代部分直流電機(jī)，使直流電機(jī)市場萎縮。例如，以起重冶金、中型高壓大功率變頻調(diào)速特種電機(jī)為發(fā)展核心的江特電機(jī)有限公司，預(yù)計(jì)到2009年公司產(chǎn)能將由目前的120萬千瓦增加至255萬千瓦。隨著科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電機(jī)制造工業(yè)也將發(fā)生很大的變化，下面就對其作簡要介紹。產(chǎn)品品種、規(guī)格不斷增加，單機(jī)容量迅速增大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步提高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量的增加和設(shè)備所需要的動(dòng)力增大等因素的影響，單機(jī)容量將迅速增大，這樣才能更好地為經(jīng)濟(jì)作出貢獻(xiàn)，兩者相輔相成，互相促進(jìn)對方的發(fā)展。由于不同的電機(jī)具有不同的功能及其優(yōu)勢，為了更好地利用各種電機(jī)的優(yōu)勢，就必須生產(chǎn)出不同的電機(jī)，在不同的領(lǐng)域使用不同的電機(jī)，從而提高能量的利用，減少浪費(fèi)，同時(shí)也將有利于環(huán)境保護(hù)。積極采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。在采用新技術(shù)方面，首先應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)來進(jìn)行電機(jī)的電磁計(jì)算以及磁場、溫度場計(jì)算和零部件機(jī)械計(jì)算。其他像感應(yīng)電機(jī)的單繞組多速繞組和三角形—Y混合聯(lián)接繞組，同步電機(jī)的無刷勵(lì)磁、靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁、諧波勵(lì)磁和整塊磁極，直流電動(dòng)機(jī)的晶閘管供電和無槽電樞以及雙冷水技術(shù)。在絕緣材料方面，目前在電機(jī)生產(chǎn)中，主要采用E、B兩級(jí)，F(xiàn)、H級(jí)僅在要求較高或特殊用途的電機(jī)上應(yīng)用，但前者正積極地分別向B、F級(jí)過渡。隨著材料領(lǐng)域方面的發(fā)展，好的材料也將越來越多，價(jià)格也將越來越便宜，電機(jī)使用的材料也將越來越好，性能也隨之變好。在工藝水平和機(jī)械化、自動(dòng)化程度方面，小型電機(jī)的基座與轉(zhuǎn)軸加工、靜電噴漆、總裝試驗(yàn)等自動(dòng)線均已采用；級(jí)進(jìn)式?jīng)_模、大型壓鑄機(jī)、定子繞組自動(dòng)下線機(jī)、插槽絕緣機(jī)、端部整形機(jī)、自動(dòng)繞線機(jī)等新設(shè)備及真空壓力浸漬、中型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條環(huán)氧粉末涂敷、基座射壓造型等新工藝的應(yīng)用，也都使工效大大提高，電機(jī)質(zhì)量進(jìn)一步改善。（三）標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度不斷提高在電機(jī)零部件和安裝尺寸、基座號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化方面也進(jìn)行了大量工作，形成了自己的體系，還只定了許多國際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。積極開展電機(jī)理論、測試技術(shù)和新型發(fā)電方式的研究近年來，世界各國對電機(jī)繞組、附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、電機(jī)冷卻、大型電機(jī)的端部磁場、電機(jī)測試技術(shù)以及超導(dǎo)體技術(shù)在電機(jī)中的應(yīng)用等方面開展了一系列研究，取得不少的成果。此外，還對原子能、磁流體、地?zé)?、太陽能、風(fēng)力和燃?xì)廨啓C(jī)用于發(fā)電方面進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究工作。三、本課題研究內(nèi)容：本課題主要是研究設(shè)計(jì)40kw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發(fā)電機(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),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.本課題的主要計(jì)算過程如下：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)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)省硅鋼片的用量的目的。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。研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1.研究目標(biāo)：根據(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)簡單，運(yùn)行可靠的發(fā)電機(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發(fā)電機(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)的電機(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—第三周畢業(yè)實(shí)習(xí)第四周—第五周論文的開題報(bào)告第六周—第九周復(fù)算電機(jī)的各種參數(shù)第十周—第十二周上機(jī)設(shè)計(jì)三個(gè)優(yōu)化方案第十二周—第十三周用Autocad制圖第十四周—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)上海電器科學(xué)研究所《中小型電機(jī)手冊》編寫組.中小型電機(jī)設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994電機(jī)工程手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.李發(fā)海朱東起編著電機(jī)學(xué)（第三版）北京：科學(xué)出版社2001.4、陳世坤主編電機(jī)設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5、《電機(jī)學(xué)》戴文進(jìn)徐龍權(quán)主編清華大學(xué)出版社2008年2月。6、《電機(jī)設(shè)計(jì)》西安交通大學(xué)陳世坤主編機(jī)械工業(yè)出版社2008年3月。7、《電力電子技術(shù)》王兆安黃俊主編機(jī)械工業(yè)出版社2008年8、《交流電機(jī)變頻調(diào)速及其應(yīng)用》張承慧崔納新李珂主編機(jī)械工業(yè)出版社2008年南昌大學(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。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?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名：日期：導(dǎo)師簽名：日期：Abstract額定容量是指在銘牌規(guī)定運(yùn)動(dòng)條件下電機(jī)線端的視在功率，一般以為單位。額定功率是指發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)出線端輸出的有功功率，或指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的有效機(jī)械功率，一般以KW或MW為單位。對于同步調(diào)相機(jī)，則用線端的額定無功功率來表示其容量，以Kvar或Mkvr為單位。額定電壓是指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組出線端的線電壓有效值，單位為V或KV（4）額定頻率額定頻率是額定運(yùn)行時(shí)定子電樞繞組電氣量的頻率，我國的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50HZ（5）額定電流額定電流是指額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組線電流的有效值，單位為A。額定功率因素是額定運(yùn)行時(shí)定子繞組側(cè)的功率因素。額定轉(zhuǎn)速是同步電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，是與額定頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min、（9）額定勵(lì)磁電流和額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電流和額定勵(lì)磁電壓是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行條件下，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組外施的直流電流和直流勵(lì)磁電壓。分解成兩個(gè)分量（=+），其中交軸分量將產(chǎn)生交軸反應(yīng)，直軸分量將產(chǎn)生直軸分量。直軸電樞反應(yīng)會(huì)去磁或助磁，而交軸電樞反應(yīng)會(huì)使氣隙磁場波形產(chǎn)生畸變。＞，＜0。表示電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)輸出的有功功率為負(fù)值。這種表示方法很不方便，因此重新假定同步電動(dòng)機(jī)各個(gè)物理量的正方向。在同步電動(dòng)機(jī)中，電流假定的正方向與發(fā)電機(jī)的相反，如圖為此電壓所產(chǎn)生的輸入電流（與發(fā)電機(jī)的正方向相反），為反電動(dòng)勢。這樣由滯后一個(gè)鈍角變?yōu)槌耙粋€(gè)銳角，從而使，輸入電功率mUI，以及電磁功率均變?yōu)檎?。因此同步電?dòng)機(jī)的電動(dòng)勢方程式變?yōu)椋簩ν粯O同步電動(dòng)機(jī)，則為：相應(yīng)的向量圖為圖2-2（a）和圖2-3（a）（b）圖2-2隱極同步電動(dòng)機(jī)的向量圖和等效電路圖圖2-3突極同步電動(dòng)機(jī)的向量圖在同步發(fā)電機(jī)的功角特性公式中，功率角θ定義為超前于的角度。如用于電動(dòng)機(jī)則功率角θ和電磁功率均為負(fù)值，這種表示方法不方便。所以，對于電動(dòng)機(jī)重新定義θ為超前于的角度，從而電磁功率為正值，表示電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率。這樣一來，功率特性的表達(dá)式便為：上式除以轉(zhuǎn)子角速度后，得到電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，于是有：同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由電網(wǎng)輸入的電功率，出了很小一部分消耗了定子銅耗外，大部分通過定、轉(zhuǎn)子磁場的相互作用而轉(zhuǎn)換為電磁功率，即為轉(zhuǎn)子的總功率，即：扣除定子鐵芯損耗、機(jī)械損耗和附加損耗后，即為輸?shù)臋C(jī)械功率，故：與同步發(fā)電機(jī)相似，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)輸出功率一定時(shí)，調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流即可改變電動(dòng)機(jī)的無功功率。忽略電樞電阻和磁路不飽和的隱極電機(jī)為例分析。當(dāng)輸出功率不變時(shí)，如果不記改變勵(lì)磁對定子鐵耗和附加損耗的影響（很小），則可認(rèn)為電磁功率也保持不變，故有：

即：，于是由圖2-4的電動(dòng)勢向量圖可見，當(dāng)輸出功率恒定而改變勵(lì)磁電流時(shí)，端點(diǎn)的軌跡為一條魚與平行的垂直線，端點(diǎn)的軌跡為一條與垂直的水平線?！罢！眲?lì)磁時(shí)，電動(dòng)機(jī)的=1，電樞電流全部為有功電流，其數(shù)量最??；當(dāng)“欠磁”時(shí)，＜，為保證氣隙磁通值金絲不變，除有功電流外，還要出現(xiàn)起增磁作用的滯后的無功電流分量（從發(fā)電機(jī)慣例看，仍為超前的無功電流）。當(dāng)“過勵(lì)”時(shí)，＞，電樞電流中將包含一個(gè)超前的無功電流分量，起去磁作用。由以上分析可知，同步電動(dòng)在恒定功率下改變勵(lì)磁電流時(shí)，曲線仍為一條V形曲線。圖2-5表示四個(gè)不同電磁功率的V形曲線。其中，的那條曲線對應(yīng)于同步調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。圖2-4恒功率、變勵(lì)磁時(shí)隱極同步電動(dòng)機(jī)的向量圖圖2-5同步電動(dòng)機(jī)V形曲線由于同步電動(dòng)機(jī)的最大電磁功率與成正比，當(dāng)減小勵(lì)磁電流時(shí)，則對應(yīng)的功率角增大，而過載能力則要降低。因此，當(dāng)勵(lì)磁電流減到一定的數(shù)值，角就增大到，同步電動(dòng)機(jī)就不能穩(wěn)定運(yùn)行而失去同步。圖2-5中的虛線表示了電動(dòng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定的界限。改變勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，這是同步電動(dòng)機(jī)最寶貴的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)殡娋W(wǎng)上的主要負(fù)載是從電網(wǎng)吸取滯后的無功電流的變壓器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、以及其他感性負(fù)載，而同步電動(dòng)機(jī)在過勵(lì)的情況下卻能從電網(wǎng)吸取超前的無功電流，這樣就可以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。因此，從改變電網(wǎng)的功率因數(shù)和提高同步電動(dòng)機(jī)本身的過載能力來考慮，現(xiàn)代同步電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)一般都設(shè)計(jì)在1-0.8（超前），通常都工作在過勵(lì)狀態(tài)。第三章同步電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)3.1同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制與轉(zhuǎn)矩控制簡介一.矢量控制理論簡介：

70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵(lì)磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在siemens，AB，GE，F(xiàn)uji等國際化大公司變頻器上。

采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制

二.直接轉(zhuǎn)矩控制簡介：

在80年代中期，德國學(xué)者Depenbrock教授于1985年提出直接轉(zhuǎn)矩控制，其思路是把電機(jī)和逆變器看成一個(gè)整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過跟蹤型PWM逆變器的開關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩。因此，無需對定子電流進(jìn)行解耦，免去矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡單。

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器（Band—Band控制），把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，由于它省掉了矢量變換方式的坐標(biāo)變換與計(jì)算和為解耦而簡化異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒有通常的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡單、控制信號(hào)處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。3.2同步電機(jī)坐標(biāo)變換本章將對同步電機(jī)的矢量控制進(jìn)行分析。同步電動(dòng)機(jī)的控制離不開坐標(biāo)變換，下面就對同步電機(jī)的坐標(biāo)變化進(jìn)行分析。1.、坐標(biāo)系統(tǒng)：坐標(biāo)軸在空間并且以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的左邊系統(tǒng)。2、F、B、0與d、q、0坐標(biāo)系統(tǒng)：坐標(biāo)軸放在轉(zhuǎn)子上并且隨著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)。3.、α、β、0與a、b、c以及1、2、0坐標(biāo)系統(tǒng)：坐標(biāo)軸放在定子上并且保持靜止的坐標(biāo)系統(tǒng)。4、縱軸及橫軸（d、q）坐標(biāo)：坐標(biāo)軸以給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的左邊系統(tǒng)。還有其他一些坐標(biāo)系統(tǒng)，這里不一一列出。每個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以要根據(jù)具體的情況選擇合適的坐標(biāo)系統(tǒng)以分析系問題的過程盡量簡單。同一問題可以用數(shù)種方法求的解答，但其中某些方法用起來較為方便簡捷或所得的結(jié)果較為精確，而另一些方法則較為繁瑣或所得的結(jié)果不夠準(zhǔn)確。同樣，同一方法在某些情況下應(yīng)用起來很容易得出結(jié)果，而在另一些情況下應(yīng)用時(shí)就較為復(fù)雜。因此研究者應(yīng)該掌握各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法，并善于根據(jù)具體條件及問題的性質(zhì)加以利用。但一般來說，假如定子或轉(zhuǎn)子的某一方面為對稱而另一方面為不對稱，那么較合適的方法是利用把坐標(biāo)軸放在不對稱的那一方面的坐標(biāo)系統(tǒng)。例如：同步電機(jī)的轉(zhuǎn)自方面是不對稱的，則在定子方面對稱的情況下，利用坐標(biāo)系統(tǒng)d，q，0或F，B，0就比較方便。再如，異步電機(jī)在正常情況下轉(zhuǎn)子方面是對稱的，因此，在分析其定子方面不對稱的運(yùn)行問題時(shí)，則利用坐標(biāo)系統(tǒng)α、β、0或1,2,0就比較方便。假如點(diǎn)擊的定子及轉(zhuǎn)子兩方面均不對稱，那么即使點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速為恒速，利用任何一種坐標(biāo)系統(tǒng)表示的電機(jī)基本方程也都是具有變系數(shù)的方程。鑒于以上原因，本節(jié)將對其他各種坐標(biāo)系統(tǒng)以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行一些必要的討論，以便進(jìn)一步利用其中的一些坐標(biāo)系統(tǒng)來研究同步電機(jī)的某些實(shí)際運(yùn)行問題本節(jié)下面將要詳細(xì)的介紹以上列舉的坐標(biāo)系統(tǒng)。α、β、0坐標(biāo)系統(tǒng)這種系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩矩陣為：以電流為例則得：反變換為α、β分量與d、q分量之間的關(guān)系式為：2、1、2、0坐標(biāo)系統(tǒng)在這種坐標(biāo)系統(tǒng)中它的轉(zhuǎn)換矩陣為：其中為復(fù)數(shù)算子。以電流為例可得：反變換為由于存在復(fù)數(shù)這種分量有時(shí)稱為復(fù)數(shù)變量，其坐標(biāo)軸線與定子沒有相對運(yùn)動(dòng)。1、2分量與α、β分量及d、q分量間的關(guān)系式為：3、坐標(biāo)系統(tǒng)在此坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：同樣的以電流為例可得：反變換為：分量與d、q分量間的關(guān)系為：4、F、B、0坐標(biāo)系統(tǒng)此系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：以電流為例得到：反變換為：F、B分量與d、q分量間的關(guān)系式為：5、坐標(biāo)系統(tǒng)此坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：以電流為例得出：這也是一種復(fù)數(shù)變量，但其坐標(biāo)軸線則是以同步恒速旋轉(zhuǎn)的。其反變換為：分量與分量間的關(guān)系式為：3.3同步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)下面是感應(yīng)電機(jī)閉環(huán)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理圖（圖3-3-1）圖3-3-1上圖為感應(yīng)電機(jī)閉環(huán)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成原理圖。電路主要是由整流、濾波和逆變電路這三大部分組成。整流電路這一部分采用了單相橋式整流模塊，這樣可以使結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。逆變電路這一部分采用了IPM模塊，將驅(qū)動(dòng)電路與IGBT器件及保護(hù)電路集成到一起，這樣提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本方案采用的IPM模塊是三菱公司的隔離型功率模塊Pm300cla060,該模塊內(nèi)部包含有一個(gè)三相逆變橋的6個(gè)IGBT和6個(gè)快恢復(fù)功率二極管。開關(guān)頻率可以達(dá)到20kHZ。它將IGBT作為功率開關(guān)元件，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成到一起，而且還將過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路包含在里面，具有開關(guān)速度快，低功耗，不易擊穿，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。注意：編碼器部分人講述增量式編碼器，部分人講述絕對式編碼器。應(yīng)該用一段來講述編碼器。講述反饋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速兩個(gè)信號(hào)及其作用。在給出系統(tǒng)框圖后，應(yīng)撰寫不少于兩張紙，用來解釋框圖中各個(gè)部分的功能與作用。框圖必須用CAD進(jìn)行畫圖。編碼器簡介：絕對式編碼器變頻器的開環(huán)控制與閉環(huán)控制具有通用性，所以開環(huán)控制與閉環(huán)控制的主要區(qū)別時(shí)閉環(huán)控制餓速度反饋與與頻率控制通道采用了來自測速電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。為了實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流（磁通）的閉環(huán)控制，通常需要經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，并且控制精度與電機(jī)模型直接相關(guān)，如果電機(jī)的連線長度、布置方式、溫度、磁路參數(shù)、實(shí)際工作頻率等發(fā)生變化，都有可能使點(diǎn)擊的電阻、電感等參數(shù)發(fā)生變化，造成控制誤差。所以在實(shí)際變頻中經(jīng)常采用一些簡化的矢量控制方案。第四章電機(jī)設(shè)計(jì)基本方法4.1基本尺寸確定（取1或者2）估算每槽導(dǎo)體所占面積：選擇每槽導(dǎo)體數(shù)：（選取一個(gè)整數(shù)）估算每根導(dǎo)體的截面積：選取線規(guī)與每根導(dǎo)線并繞根數(shù)驗(yàn)證電樞繞組電密：計(jì)算每槽導(dǎo)線實(shí)際所占面積：驗(yàn)證槽滿率：（=0.80~0.85）（注：與為初選線規(guī)時(shí)的參數(shù)，其中可以選取0.8-0.85之間的數(shù)值，可以選取800-900之間的數(shù)值）第五章電磁設(shè)計(jì)方案計(jì)算，并選取一個(gè)合適的整數(shù)，，這樣就可以順利的算出每極磁通，在選取了氣隙磁密后就可以得出鐵心長度了。電樞繞組Z（每槽并聯(lián)導(dǎo)體數(shù)）前面已經(jīng)算出，線規(guī)和鐵心長度也已經(jīng)算出，那么每相點(diǎn)數(shù)繞組的耗材以及電阻等參數(shù)也可以順利算出。方案一方案二方案三一、額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求額定功率4040402．相數(shù)3333．額定線電壓4004004004．額定相電壓230.947230.947230.9475．額定頻率5050506．極數(shù)6667．額定效率89.8%89.8%89.8%8．額定功率因數(shù)0.950.950.959．額定相電流67.67567.67567.67510．額定轉(zhuǎn)速10001000100011．額定轉(zhuǎn)矩381.96381.96381.9612．機(jī)座中心高（cm）22.522.522.513．定子槽滿率80~85%0.8090.8090.83314．定子繞組電密7~9.5A/mm15．氣隙磁密0.73~0.88T0.7250.7250.725二、定子沖片設(shè)計(jì)16．定子外徑38.538.538.517．定子內(nèi)徑27.327.327.318．定子槽數(shù)36363619．電樞拼片條件（1）每圈扇形片數(shù)666（2）重疊數(shù)222（3）每片槽數(shù)666（4）扇形片高3（5）扇形片寬19.2519.2519.25（6）無軸流拼片條件44420．每極每相槽數(shù)22221．極距14.29214.29214.29222．定子槽形(1)0.320.320.32(2)0(3)0.070.070.07(4)5(5)1.581.581.58(6)r0.6880.6880.68823．每槽有效面積為絕緣層厚度,E級(jí)取=0.027cm,為槽楔厚,取為0.2cm,=2r2.4022.4022.402（1）直徑位置27.327.327.3槽節(jié)距2.3822.3822.382槽寬0.320.320.32齒寬2.0622.0622.062（2）直徑位置27.7427.7427.74槽節(jié)距2.4202.4202.420槽寬齒寬1.321.321.32（3）直徑位置30.930.930.9槽節(jié)距2.6962.6962.696槽寬1.3761.3761.376齒寬1.321.321.3225．定子齒距2.3822.3822.38226．平均齒寬=1/3×[bz2,bz3中之大者+2（bz2,bz3之最小者）]1.321.321.3227．電樞卡氏系數(shù)其中：槽節(jié)距1.0651.0651.065三、轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)28．氣隙長度=0.1050.1050.10529．最大氣隙0.13650.13650.136530．轉(zhuǎn)子外徑27.0927.0927.0931．磁軛外徑14141432．轉(zhuǎn)子(磁軛)內(nèi)徑33．磁極寬度55534．磁極尺寸計(jì)算（1）0.380.380.38（2）1.371.371.37（3）5.1745.1745.174（4）1.0411.0411.041（5）10.01510.01510.015（6）18.74918.74918.749（7）5.6715.6715.671（8）22.35922.35922.359（9）3.5013.5013.501（10）13.20813.20813.208（11）5.6905.6905.69035．磁極壓板厚36．磁極壓板寬37．氣隙極距比值0．0070．0070．00738．氣隙比值39．極抱百分值0.7250.7250.72540．磁極抱角21.7521.7521.7541．等效極弧系數(shù)（查曲線1及2）[用公式計(jì)算見附錄一]0.6450.6450.64542．波形系數(shù)（查曲線1及2）[或用基波幅值系數(shù)，用公式計(jì)算見附錄一]1.1271.1271.12743．磁極偏心距偏心半徑：=13.0790.6660.6660.666四、電樞繞組和鐵心長度計(jì)算44．繞組并聯(lián)支路數(shù)22245．估算每槽導(dǎo)體所占面積1.9451.9451.94546．選擇每槽導(dǎo)體數(shù)注意：選偶數(shù)34353447．電樞繞組節(jié)距單層匝數(shù)=000雙層匝數(shù)=17171748．每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)(q=2,3,4或5)20420420449．線負(fù)荷48348348350．估算每根導(dǎo)體的截面積0.0150.0150.01551．每根導(dǎo)線并繞根數(shù)n33352．電樞線規(guī)裸徑/絕緣徑/0.13/0.1380.13/0.1380.13/0.138截面積0.013270.013270.0132753．電樞繞組電密849.972849.972849.97254．每槽導(dǎo)線所占面積1.94251.999621.94248855．槽滿率0.8090.83356．繞組系數(shù)Kdp0.8370.8370.83757．定子斜槽因數(shù)（一般，可不計(jì)算）11130303058．每極磁通12001421200142120014259．電機(jī)鐵芯長度17.957917.47617.47660．電樞鐵心長17.957917.47617.47661．磁極鐵心長18.757918.27618.27662．磁極鐵心凈長17.8217.36217.36263．鐵心有效長17.957917.47617.47664．鐵心純長17.0616.60216.60265．電樞繞組尺寸(1)(y以槽數(shù)計(jì))12.7912.7912.797.6747.6747.674(2)8.098.098.094.8544.8544.854(3)3.1243.1243.1241.8741.8741.874(4)14.63814.63814.6388.818.818.81(5)bc取1.5cm20.957920.47620.47666．每相電樞繞組長6671.6976766.6846766.68467．電樞繞組每相電阻（歐）(1)在75℃時(shí)(歐)0.1820.1840.179(2)在20℃時(shí)(歐)0.1500.1550.14768．電樞繞組銅重(千克)14.18314.38513.97469．電樞繞組銅毛重(千克)14.89214.673五、磁路計(jì)算70．氣隙磁密72507450745071．氣隙安匝648.585666.477666.47772．電樞齒磁密15800-1660014151.4473．電樞齒磁場強(qiáng)度，根據(jù)查表111.674．電樞齒計(jì)算高度1.9591.9591.95975．電樞齒安匝數(shù)22.72826.25526.25576．電樞軛高度3.1123.1123.11277．電樞軛計(jì)算高度3.3413.3413.34178．電樞軛磁密79．電樞軛磁路長（拼片定子）10.07710.07710.07780．電樞軛磁通分布系數(shù)根據(jù)查表40.53681．電樞軛磁場強(qiáng)度根據(jù)查表14.464.6982．電樞軛安匝數(shù)24.4525.33325.33383．電樞齒軛及氣隙安匝和695.763718.065718.06584．極掌漏磁常數(shù)35.73235.00135.00185．極身漏磁常數(shù)=17.952為壓板厚62.59061.34161.34186．磁極漏磁常數(shù)108.155105.976105.97687．每極漏磁通75249.9676097.7876097.7888．磁極磁通12753921276240127624089．漏磁系數(shù)P246時(shí)1.041.061.061.0690．磁極極身截面=0.95（1m/m鋼片）90.17090.17090.17091．磁極極身磁密14000~1560092．磁極極身磁場強(qiáng)度，根據(jù)查表213.993．磁極極身安匝78.82788.63887.90194．磁軛高度595．轉(zhuǎn)子磁軛路長2.8142.8142.81496．轉(zhuǎn)子磁軛長度18.75818.27618.27697．轉(zhuǎn)子磁軛磁密=66.03598．轉(zhuǎn)子磁軛磁場強(qiáng)度，根據(jù)查表399．轉(zhuǎn)子磁軛安匝數(shù)28.05429.43229.432100．殘隙長度0.0086250.0086090.008609101．殘隙處截面93.79091.37991.379102．殘隙磁密13598.4513966.4413966.44103．殘隙安匝數(shù)93.83296.19296.19181104．每極空載的磁安匝數(shù)896.476931.323931.323六、參數(shù)計(jì)算105．電樞槽單位漏比磁導(dǎo)從曲線3查出[的計(jì)算公式見附錄二]1.051.051.05106．槽面積2.6992.6992.699107．1.5381.5381.538108．1.0231.0231.023109．互感漏磁導(dǎo)0.6240.6240.624110．.電樞槽漏磁比磁導(dǎo)0.2160.2160.216111．.電樞繞組等效節(jié)距0.7090.7090.709112．電樞繞組端接漏磁比磁導(dǎo)0.5140.5280.528113．曲折比漏磁導(dǎo)1.2641.2641.264114．相帶漏磁比磁導(dǎo)（1）q=整數(shù)（，無阻尼籠）根據(jù)y從曲線5查出，或用公式計(jì)算見附錄三（2）q=分?jǐn)?shù)0.0760.0760.076115．每相電阻標(biāo)幺值0.0530.0540.0525116．每相定子漏抗0.5080.5010.498117．每相漏磁電抗標(biāo)么值0.1490.1470.146118．空載額定電壓時(shí)的氣隙與殘隙磁勢和742.417762.669762.669119．每相電樞反應(yīng)磁勢2599.9492599.9492599.949120．直軸電構(gòu)反應(yīng)常數(shù)查曲線40.850.850.85121．橫軸電樞反應(yīng)常數(shù)查曲線40.540.540.54122．直軸電樞反應(yīng)磁勢2209.9572209.9572209.957123．橫軸電樞反應(yīng)磁勢1403.9721403.9721403.972124．直軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)么值2.9772.8982.898125．橫軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)么值1.8911.8411.841126．直軸同步電抗標(biāo)么值3.1263.0453.041127．橫軸同步電抗標(biāo)么值2.0401.9881.987七、短路比128．電樞電抗壓降磁勢110.605112.011111.331129．短路磁勢2320.5622321.9672321.287130．飽和短路比0.3860.4020.401131．不飽和短路比0.3200.3280.329132．額定電壓時(shí)感應(yīng)電勢標(biāo)么值1.4571.4591.4601.0971.0971.0950.1250.1230.1221.1051.1041.103133．對應(yīng)于的空載磁勢（1）132660913254251324278（2）8013.9828227.7068220.587716.931736.051735.4137（3）15222.7315628.7115615.18根據(jù)查表144.4768757.01757.800(4)11636.2811946.611936.2根據(jù)查表159.25564.49564.898(5)820.663857.562858.112(6)88758.3890881.1890939.46(7)141536714163061415217(8)15307.8815707.0515694.98根據(jù)查表2153.684