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30KW4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(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)用與理論研究實(shí)際應(yīng)用研究學(xué)院信息工程學(xué)院系電氣與自動(dòng)化工程系專業(yè)班級(jí)電機(jī)電器06級(jí)1班學(xué)生姓名王徽學(xué)號(hào)6101106024起訖日期20103242008613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。一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和基本要求（一）主要內(nèi)容A分析同步電動(dòng)機(jī)的工作特性B闡述同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)理論C進(jìn)行30KW4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出三套電磁設(shè)計(jì)方案D三套電磁方案的比較分析E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（二）基本要求1、技術(shù)要求額定功率30KW額定電壓400VNPNU相數(shù)三相Y接法額定功率因數(shù)095額定轉(zhuǎn)速1500R/MIN額定頻率50HZNNNF效率898定子槽滿率80852、原始數(shù)據(jù)定子外徑34CM定子內(nèi)徑2372CM定子槽數(shù)36槽氣隙長(zhǎng)度0095CM3、參考數(shù)據(jù)定子繞組電密795A/MM2氣隙磁密073088T（4極）07075T（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。二、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、新制劑、結(jié)構(gòu)模型或其他）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開題報(bào)告322422周2AUTOCAD制圖及外文翻譯454161周3同步發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)4195216周4撰寫畢業(yè)論文524642周5畢業(yè)答辯676111周五、主要參考資料1李發(fā)海、朱東起編著電機(jī)學(xué)（第三版），科學(xué)出版社，20002陳世坤主編電機(jī)設(shè)計(jì)（第二版），機(jī)械工業(yè)出版社，19833湯蘊(yùn)璆電機(jī)理論與運(yùn)行,水利電力出版社4電機(jī)設(shè)計(jì)程序第一機(jī)械工業(yè)部上海電器科學(xué)研究所5電機(jī)工程手冊(cè)第四版（電機(jī)版）6自動(dòng)化專業(yè)英語(yǔ)武漢理工大學(xué)出版社7周明,高浩中,張安民AUTOCAD2006高級(jí)教程上海大學(xué)出版社8JAVA2核心技術(shù)卷I基礎(chǔ)知識(shí)（原書第7版）機(jī)械工業(yè)出版社9范正翹主編電力傳動(dòng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)北京航空航天大學(xué)出版社10王時(shí)勝曾明如王俐主編自動(dòng)控制理論江西科學(xué)技術(shù)出版社11楊渝欽主編控制電機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社12自動(dòng)化專業(yè)英語(yǔ)武漢理工大學(xué)出版社13交流電機(jī)的繞組理論機(jī)械工業(yè)出版社14同步電動(dòng)機(jī)交一交變頻調(diào)速系統(tǒng)中的矢量控制周冬莉河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山15電機(jī)設(shè)計(jì)資料匯編M南昌大學(xué)電氣自動(dòng)化系電機(jī)教研室200416陳伯時(shí)主編電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第3版北京機(jī)械工業(yè)出版社，2003六、畢業(yè)設(shè)計(jì)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（3月24日至4月4日）學(xué)生主要工作查找課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，完成開題報(bào)告。翻譯一篇外文文獻(xiàn)指導(dǎo)教師審查意見簽名年月日第三、四周（4月7日至4月18日）學(xué)生主要工作熟悉同步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序，并完成磁路計(jì)算。應(yīng)用AUTOCAD軟件繪制同步發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子沖片圖和繞組聯(lián)接圖指導(dǎo)教師審查意見簽名年月日第五、六周（4月21日至5月2日）學(xué)生主要工作完成同步發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)第一個(gè)方案，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。指導(dǎo)教師審查意見簽名年月日第七、八周（5月5日至5月16日）學(xué)生主要工作提出優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成同步發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)第二、三個(gè)方案。指導(dǎo)教師審查意見簽名年月日第九、十周（5月19日至5月30日）學(xué)生主要工作整理畢業(yè)論文資料，制定完初稿。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（6月2日至6月13日）學(xué)生主要工作畢業(yè)設(shè)計(jì)論文定稿，并進(jìn)行論文答辯指導(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2010324學(xué)生姓名王徽送交畢業(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30KW4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院信工學(xué)院系自動(dòng)化系專業(yè)電機(jī)電器班級(jí)061班學(xué)號(hào)6101106024姓名王徽指導(dǎo)教師黃劭剛填表日期2010年3月22日一、選題的依據(jù)及意義現(xiàn)代社會(huì)中，電能是現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源之一。在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，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。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(guó)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)。同步電動(dòng)機(jī)歷來是以轉(zhuǎn)速與電源頻率保持嚴(yán)格同步著稱的，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。小到電鐘和記錄式儀表的定時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，大到大型同步電動(dòng)機(jī)一直流發(fā)電機(jī)組，無一不是為了發(fā)揮其轉(zhuǎn)速恒定的優(yōu)勢(shì)而得到應(yīng)用的。除此以外，同步電動(dòng)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)高到10，甚至超前。在一個(gè)工廠里，只需有一臺(tái)或幾臺(tái)大容量設(shè)備例如水泵、空氣壓縮機(jī)采用同步電動(dòng)機(jī)，就足以改善全廠的功率因數(shù)。但是，由于同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)費(fèi)事、重載時(shí)有振蕩乃至失步的危險(xiǎn)，過去除了上述特殊情況外，一般工業(yè)設(shè)備很少采用同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。自從電力電子變壓變頻技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用以后，情況就大不相同了。采用電壓一頻率協(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)速電動(dòng)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。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）20世紀(jì)40年代以前，我國(guó)電機(jī)制造行業(yè)極端落后。中華人民共和國(guó)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(guó)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(guó)家還具有很大的差距。國(guó)外公司注重新產(chǎn)品開發(fā)，在電機(jī)的安全、噪聲、電磁兼容等方面很重視。國(guó)外的先進(jìn)水平主要體現(xiàn)在電機(jī)的可靠性高，壽命長(zhǎng)，通用化程度高，電機(jī)效率不斷提高，噪聲低，重量輕，電機(jī)外形美觀，絕緣等級(jí)采用F級(jí)和H級(jí)，而且也考慮電機(jī)制造成本的降低等國(guó)內(nèi)雖有部分產(chǎn)品已達(dá)90年代初的國(guó)際水平，但相當(dāng)部分的產(chǎn)品可靠性差，重量重，體積大和噪聲大，綜合水平只相當(dāng)于80年代初期國(guó)際水平，其主要原因是制造工藝落后，關(guān)鍵材料的質(zhì)量和品種不能滿足要求，科研和設(shè)計(jì)工作沒有跟上，科研投入少，新產(chǎn)品開發(fā)資金匱乏，企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較弱。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(guó)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(guó)發(fā)展電機(jī)制造業(yè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。到目前為止，我國(guó)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1805億元，同比增長(zhǎng)197。累計(jì)產(chǎn)量6805萬千瓦，同比增長(zhǎng)111。在總產(chǎn)量中，大中型電機(jī)產(chǎn)量為28787萬千瓦，增速減緩35個(gè)百分點(diǎn)；小型交流電機(jī)產(chǎn)量為32248萬千瓦，同比增長(zhǎng)56，增速同比減緩88個(gè)百分點(diǎn)；直流電機(jī)產(chǎn)量2842萬千瓦，同比降低209，增速同比減緩217個(gè)百分點(diǎn)。上半年全行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入1785億元，同比增長(zhǎng)177。2008年以來，雖然我國(guó)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(shì)。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(guó)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(zhǎng)，大中型電機(jī)增勢(shì)明顯，這與國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)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(shì)，替代部分直流電機(jī)，使直流電機(jī)市場(chǎng)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(duì)其作簡(jiǎn)要介紹。（1）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(duì)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(shì)，為了更好地利用各種電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，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)。（2）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(chǎng)、溫度場(chǎng)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(guó)際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。（4）積極開展電機(jī)理論、測(cè)試技術(shù)和新型發(fā)電方式的研究近年來，世界各國(guó)對(duì)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(chǎng)、電機(jī)測(cè)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(duì)原子能、磁流體、地?zé)?、太?yáng)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。（五）機(jī)電一體化、智能化隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，同時(shí)，各種高新技術(shù)也為電機(jī)產(chǎn)品注入了新的活力，制造工藝和管理信息化技術(shù)通過微電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)家政策的鼓勵(lì)、各企業(yè)對(duì)科技的重視，使新產(chǎn)品開發(fā)的周期逐漸縮短，機(jī)電一體化、智能化電機(jī)（如交流變頻調(diào)速電機(jī)是一種無級(jí)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)）應(yīng)運(yùn)而生，調(diào)速制造、虛擬制造等先進(jìn)制造技術(shù)推廣應(yīng)用。我國(guó)的電機(jī)的技術(shù)性能水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的水平相當(dāng)。1永磁同步電機(jī)近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁式同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機(jī)相比，它沒有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。和異步電動(dòng)機(jī)相比，它由于不需要無功勵(lì)磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、控制性能好；但它與異步電機(jī)相比，也有成本高、起動(dòng)困難等缺點(diǎn)。和普通同步電動(dòng)機(jī)相比，它省去了勵(lì)磁裝置，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制，因此永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價(jià)格的逐步降低以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展，加上永磁電機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應(yīng)用已有研究成果，使永磁電機(jī)在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。正向大功率化高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩、高功能化和微型化方面發(fā)展。目前，稀土永磁電機(jī)的單臺(tái)容量已超過1000KW，最高轉(zhuǎn)速已超過300000R/MIN，最低轉(zhuǎn)速低于001R/MIN，最小電機(jī)的外徑只有08MM，長(zhǎng)12MM。我國(guó)是盛產(chǎn)永磁材料的國(guó)家，特別是稀土永磁材料釹鐵硼資源在我國(guó)非常豐富，稀土礦的儲(chǔ)藏量為世界其他各國(guó)總和的4倍左右，號(hào)稱“稀土王國(guó)”。稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。因此，對(duì)我國(guó)來說，永磁同步電動(dòng)機(jī)有很好的應(yīng)用前景。充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源豐富的優(yōu)勢(shì)，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機(jī)為代表的各種永磁電機(jī)，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形也有兩種一種為正弦波；另一種為梯形波。這樣就造成兩種同步電動(dòng)機(jī)在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū)別由它們組成的永磁同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)，習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動(dòng)機(jī)PMSM調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波方波永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動(dòng)機(jī)BLDCM調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性、控制系統(tǒng)等也不同。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置的不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)主要可分為表面式和內(nèi)置式。在表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，這種電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感相等；而內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，可以保護(hù)永磁體。這種永磁電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。因此，這兩種電機(jī)的性能有所不同?？v觀交流調(diào)速的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，可以看出現(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?？刂萍夹g(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)30KW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),即NMIDAZNDS3根據(jù)槽滿率，確定電樞繞組的線規(guī)，即，。再次，確NAZMSNDNDA2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P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磁場(chǎng)波形的確定4電樞鐵心及電樞繞組的確定5磁路計(jì)算6穩(wěn)態(tài)電抗計(jì)算7短路比計(jì)算8勵(lì)磁繞組計(jì)算9短路電流，過載能力及暫態(tài)電抗計(jì)算10諧波繞組的計(jì)算11額定負(fù)載時(shí)的損耗及效率計(jì)算12主要材料重的計(jì)算13溫升計(jì)算四、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)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。五、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(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。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)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)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)辜承林陳橋夫熊永前華中科技大學(xué)出版社4AUTOCAD2004入門與提高張躍峰等編清華大學(xué)出版社5上海電器科學(xué)研究所中小型電機(jī)手冊(cè)編寫組中小型電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)北京機(jī)械工業(yè)出版社，19946徐廣人,唐任遠(yuǎn),安忠良永磁同步電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)分析J沈陽(yáng)電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2001,027李燁,嚴(yán)欣平永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景J微電機(jī)伺服技術(shù),2001,04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)表或撰寫的成果作品。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)師簽名日期密級(jí)NANCHANGUNIVERSITY學(xué)士學(xué)位論文THESISOFBACHELOR（20042008年）題目30KW4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院系電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)班級(jí)電機(jī)電器061班學(xué)生姓名王徽學(xué)號(hào)6101106024指導(dǎo)教師黃劭剛職稱教授起訖日期201031320106930KW4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)6101106024學(xué)生姓名王徽指導(dǎo)老師黃劭剛摘要本文從同步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)的基本理論和特性入手，簡(jiǎn)單的介紹了同步電機(jī)的基本特點(diǎn)、型號(hào)、用途、工作特性，主要結(jié)構(gòu)，技術(shù)指標(biāo)等，這些都是為同步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備的。電機(jī)設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)雜的過程，在電機(jī)計(jì)算中我花去了大量的時(shí)間，在數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇上做了多次的調(diào)整，得到相對(duì)比較接近的數(shù)據(jù)。所以應(yīng)該全方面的看待問題，在計(jì)算中上下連接，在一切都符合技術(shù)指標(biāo)要求的前提下作。在本次設(shè)計(jì)的三個(gè)方案中，在滿足效率的前提下,根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)分別設(shè)計(jì)出一臺(tái)重量輕和最省材料的同步發(fā)電機(jī)以及一臺(tái)節(jié)省能源效率最高的同步發(fā)電機(jī)。第一套方案是選定各項(xiàng)數(shù)據(jù)按照計(jì)算程序來初步設(shè)計(jì)一臺(tái)電機(jī)，使其符合同步發(fā)電機(jī)的效率、溫升等要求，第二套方案是在方案1的基礎(chǔ)上重新選擇數(shù)據(jù)使同步發(fā)電機(jī)的效率和溫升達(dá)到最佳，最后一套方案是在方案2的基礎(chǔ)上再想辦法使同步發(fā)電機(jī)的使用材料最節(jié)省。經(jīng)過設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)一臺(tái)最省材料的電機(jī)往往不是效率最高而效率最高的電機(jī)所用的材料卻是最多的。因此，在實(shí)際的電機(jī)設(shè)計(jì)中必須全面照顧，綜合考慮,最后得到一個(gè)既省材料效率又高的最優(yōu)方案。同時(shí)對(duì)控制回路的設(shè)計(jì)。通過這三個(gè)方案，使我更深入了解了同步電機(jī)設(shè)計(jì)的步驟和方法，同時(shí)對(duì)CAD軟件的應(yīng)用，制圖等的一系列的細(xì)節(jié)操作更加熟練。關(guān)鍵詞同步電機(jī)、設(shè)計(jì)、CAD、變頻調(diào)速、控制回路30KW4POLESYNCHRONOUSMOTORELECTROMAGNETICFREQUENCYCONTROLSCHEMEABSTRACTTHISDESIGNFROMTHESYNCHRONOUSMOTORELECTROMAGNETICCHARACTERISTICSOFTHEBASICTHEORYANDSTARTWITHASIMPLEINTRODUCTIONTOTHEBASICCHARACTERISTICSOFSYNCHRONOUSMOTORS,MODEL,USE,WORKCHARACTERISTICS,PRIMARYSTRUCTURE,TECHNICALINDICATORS,WHICHAREDESIGNEDFORTHESYNCHRONOUSMOTORELECTROMAGNETICPREPARATIONMOTORDESIGNISACOMPLEXPROCESS,THECALCULATIONINTHEMOTORIHAVESPENTALOTOFTIME,THECHOICEOFPARAMETERSINTHEDATATODOANUMBEROFADJUSTMENTSTOBERELATIVELYCLOSETOTHEDATASOTHEQUESTIONSHOULDBETOLOOKATALLASPECTS,INTHECALCULATIONDOWNTOCONNECT,MEETTHETECHNICALSPECIFICATIONSINALLTHINGSHEREQUESTEDINTHISDESIGNTHETHREEPROGRAMS,INMEETINGTHEEFFICIENCYOFTHEPREMISE,ACCORDINGTODIFFERENTDESIGNGOALSWERETODESIGNALIGHTWEIGHTMATERIALS,ANDMOSTPROVINCES,ANDASYNCHRONOUSGENERATORTOSAVEENERGYEFFICIENTSYNCHRONOUSGENERATORTHEFIRSTSETOFTHEDATATHEPROGRAMISSELECTEDINACCORDANCEWITHTHEPRELIMINARYDESIGNOFACOMPUTERPROGRAMTOMOTORS,SYNCHRONOUSGENERATORSTOMEETTHEEFFICIENCY,TEMPERATURE,ETC,INTHEPROGRAMASECONDPROGRAMISBASEDONTHERESELECTTHEDATATOSYNCHRONIZEGENERATOREFFICIENCYANDOPTIMUMTEMPERATURE,ANDFINALLYASETOFPROGRAMSISBASEDONTHEPROGRAMTWOSYNCHRONOUSGENERATORSTHINKOFWAYSTOMAKETHEMOSTECONOMICALUSEOFMATERIALSAFTERTHEDESIGNWASFOUNDAPROVINCEOFTHEMATERIALTHEMOSTEFFICIENTANDTHEMOTORISOFTENNOTTHEMOSTEFFICIENTMATERIALUSEDMOTORISTHEHIGHESTTHEREFORE,THEACTUALMOTORDESIGNMUSTTAKECAREOF,CONSIDERING,ANDFINALLYGETAMATERIALISBOTHOPTIMALANDEFFICIENTPROGRAMATTHESAMETIMECONTROLLOOPDESIGNTHROUGHTHESETHREEPROGRAMS,MADEMEABETTERUNDERSTANDINGOFTHESYNCHRONOUSMOTORDESIGNSTEPSANDMETHODS,WHILETHEAPPLICATIONOFCADSOFTWARE,GRAPHICSANDOTHERDETAILSOFOPERATIONOFARANGEOFMORESKILLEDKEYWORDSSYNCHRONOUSMOTOR,DESIGN,CAD,FREQUENCYCONTROL,CONTROLLOOP目錄摘要IIABSTRACTI緒論1第一章同步電機(jī)概論111同步電機(jī)基本特點(diǎn)112同步電機(jī)主要類型和用途213主要結(jié)構(gòu)部件414同步電機(jī)型號(hào)和額定值5第二章同步電機(jī)的工作特性621同步電機(jī)的工作原理622同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系723同步電機(jī)對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)824同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性9第三章同步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)基本理論1131總體設(shè)計(jì)內(nèi)容1132電機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì)參數(shù)影響的因素1133基本尺寸的確定1434電機(jī)設(shè)計(jì)的一般過程1435結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18第四章電磁設(shè)計(jì)方案計(jì)算1941計(jì)算思路1942計(jì)算步驟20第五章電磁設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4051數(shù)據(jù)對(duì)比40511基本數(shù)據(jù)40512材料用量40513損耗和效率41514電磁負(fù)荷41515電機(jī)參數(shù)4252結(jié)果分析42第六章AUTOCAD2006繪圖4361定子沖片圖4462轉(zhuǎn)子沖片圖4563繞線圖45第七章變頻調(diào)速及其硬件設(shè)計(jì)47第八章控制回路設(shè)計(jì)48第九章論文總結(jié)53參考文獻(xiàn)54致謝55外文資料原文及譯文5630KW4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)緒論能量的一種形式。與各種形式的能量相比，電能具有明顯的優(yōu)越性，適宜用于大量生產(chǎn)、集中管理、遠(yuǎn)距離傳輸和自動(dòng)控制。人類對(duì)能量利用和控制的能力決定著社會(huì)的生產(chǎn)潛能，從而又影響著人類生活方式的進(jìn)步。將電能從最初的能源形式轉(zhuǎn)化過來的重要橋梁，又是再將大部分電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。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)，這事一種真正的直流電機(jī)。同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同。同步電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同的交流電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N與磁極對(duì)數(shù)P、電源頻率F之間滿足NF/P。轉(zhuǎn)速N決定于電源頻率F，故電源頻率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速不變，且與負(fù)載無關(guān)。具有運(yùn)行穩(wěn)定性高和過載能力大等特點(diǎn)。常用于多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)、精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)和大型設(shè)備如軋鋼機(jī)等。同步電動(dòng)機(jī)是屬于交流電機(jī)，定子繞組與異步電動(dòng)機(jī)相同。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度是一樣的，所以稱為同步電動(dòng)機(jī)。正由于這樣，同步電動(dòng)機(jī)的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)容性負(fù)載。為此，在很多時(shí)候，同步電動(dòng)機(jī)是用以改進(jìn)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)的。第一章同步電機(jī)概論11同步電機(jī)基本特點(diǎn)同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)。其特點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間又不變得關(guān)系N60F/P，成為同步轉(zhuǎn)速。若電SNS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)。與異步電機(jī)相比,同步電動(dòng)機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)1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；2運(yùn)行穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的過載能力；3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；4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)?。?隨著電力電子技術(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)。12同步電機(jī)主要類型和用途同步電機(jī)的分類有多種。如按用途分，有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)形式分，有旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。前者在小容量同步電機(jī)中得到某些應(yīng)用，后者廣泛用于高電壓、中大容量的同步電機(jī)，并成為同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式。在旋轉(zhuǎn)磁極式中，按磁極形狀又可分為隱極同步電機(jī)和凸極同步電機(jī)兩種。隱極同步電機(jī)的氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子成圓柱形；凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極弧范圍氣隙較小，極間部分氣隙較大。按打點(diǎn)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)和內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)，拖動(dòng)他們的原動(dòng)機(jī)分別為汽輪機(jī)、水輪機(jī)和柴油機(jī)等。由于汽輪機(jī)是告訴的原動(dòng)機(jī)，故火電站中的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一般做成二級(jí)隱極式。水輪機(jī)是低速原動(dòng)機(jī)，所以水輪發(fā)電機(jī)一般都做成凸極機(jī)。由內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)一般都做成凸極式。還可按通風(fēng)方式、冷卻方式及電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載形狀來進(jìn)行分類。通常,同步電機(jī)的主要類型有汽輪發(fā)電機(jī)定子大體上與異步電機(jī)相同，定子鐵心由035MM,05MM或其它厚度的電工鋼片疊成。定子外徑較小時(shí)，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于1M時(shí)，采用扇形沖片。定子鐵心固定在機(jī)座上，機(jī)座常由鋼板焊接而成，它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還必須滿足通風(fēng)和散熱的需要。汽輪發(fā)電機(jī)的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣強(qiáng)度，一般采用B級(jí)或F級(jí)絕緣。為了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力，一般采用隱極式轉(zhuǎn)子，其外形常做成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱體。轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上銑有許多槽，勵(lì)磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。勵(lì)磁繞組為同心式繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是極數(shù)多，直徑大，軸向長(zhǎng)度短，整個(gè)轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)為立式。水輪發(fā)電機(jī)的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為12MM的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機(jī)磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機(jī)振蕩，在電動(dòng)機(jī)中作為起動(dòng)繞組用。磁極與磁極軛部采用T形或鴿尾形連接。中小型同步電機(jī)中小型同步電機(jī)，是指容量在幾十、幾百到幾千KW的同步電機(jī)，它們可以作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)或補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行，從結(jié)構(gòu)上來看，它們之間的差別不大。中小型同步電機(jī)多做成臥式的。定子鐵心也是由硅鋼片疊裝成的。當(dāng)鐵心外徑小于M時(shí)骼整圓沖片，大于1M時(shí)，用扇形片。定子槽形根據(jù)容量和電壓大小的不同而不一樣。大容量高電壓多用開口槽；小容量低電壓多用半閉口槽。中小型電機(jī)的轉(zhuǎn)子多做成凸極式的，勵(lì)磁饒組除了幾十K以下的，都采用扁銅線邊繞而成。在容量較大的電機(jī)里，磁軛仍用鋼板沖成的扇形片疊成；在小容量或高速電機(jī)里多用鑄鋼鑄成。只有幾KW的同步電機(jī)，有時(shí)把磁極放在定子上，電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上，用三個(gè)集電環(huán)把三相交流電從轉(zhuǎn)子引出來。它的優(yōu)點(diǎn)是可以提高硅鋼片的有效利用率，并把定子磁軛和機(jī)座合二為一，以節(jié)省鋼材。中小型同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種支承方法一種是座式軸承；一種是端蓋軸承。軸承也有兩種滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承。同步電機(jī)的主要用途有同步電機(jī)主要用來作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，現(xiàn)代社會(huì)中使用的交流電能，幾乎全由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。同步電機(jī)還可以作為電動(dòng)機(jī)使用，對(duì)不要求調(diào)速的大功率生產(chǎn)機(jī)械，常用同步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)可以通過調(diào)節(jié)礪磁來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。此外，同步電機(jī)還可以人微言輕同步補(bǔ)償機(jī)使用，它實(shí)際上是一臺(tái)按在交流電網(wǎng)上空轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)，專門向電網(wǎng)發(fā)出戌感性或容性的無功功率，滿足電網(wǎng)對(duì)無功功率的要求。近十多年來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，將變頻器和同步電動(dòng)機(jī)聯(lián)合起來，組成了無換向器的電動(dòng)機(jī)，它沒有直流電機(jī)的機(jī)械換向器，用電子換向來代替，可以得到與直流電機(jī)同樣的性能，而且可以做到比直流電機(jī)容量更大，電壓和轉(zhuǎn)速更記，在工業(yè)上開辟了新的用途。13主要結(jié)構(gòu)部件同步電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)基本相同，由機(jī)座、定子鐵芯、電樞繞組等組成。于大型同步電動(dòng)機(jī)，由于尺寸太大，硅鋼片常制成扇形，然后對(duì)成圓形。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由磁極、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、滑環(huán)、電刷等組成，在電刷和滑環(huán)通入直流電勵(lì)磁，產(chǎn)固定磁極。根據(jù)容量大小和轉(zhuǎn)速高低轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分凸極和隱極兩種。凸極特點(diǎn)氣隙不均勻，有明顯的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯短粗，適用于轉(zhuǎn)速低于1000R/MIN，極對(duì)數(shù)P3的電動(dòng)機(jī)。隱極特點(diǎn)氣隙均勻，無明顯的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯長(zhǎng)細(xì)，適用于轉(zhuǎn)速高于1500R/MIN，極對(duì)數(shù)P2的電動(dòng)機(jī)。圖1直線同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖圖1同步電動(dòng)機(jī)的定子由機(jī)座、定子鐵心和電樞繞組等組成。機(jī)座是支承部件，其作用是固定定子鐵心和電樞繞組，大型同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座都采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)；定子鐵心是構(gòu)成磁路的部件，由刷漆的硅鋼片疊裝而成，目的是減少磁滯和渦流損耗；定子沖片分段疊裝，每段之間有通風(fēng)槽片，以形成徑向通風(fēng)；大型同步電動(dòng)機(jī)的定子沖片為扇形沖片，扇形沖片外圓上的鴿尾槽嵌裝在機(jī)座的定位筋上，鐵心兩端用壓板把鐵心壓緊；電樞繞組為三相對(duì)稱交流繞組，多為雙層疊繞組，嵌裝在定子槽內(nèi)，其端部用綁扎繩和絕緣墊塊將線圈伸出鐵心的部分綁扎成喇叭形整體，并用端箍固定在機(jī)座上，其目的是防止電機(jī)起動(dòng)和沖擊大電流產(chǎn)生的巨大的電動(dòng)力造成線圈的振動(dòng)和變形。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)速高低和容量大小分為凸極式和隱極式兩種。一般同步電動(dòng)機(jī)多采用凸極式轉(zhuǎn)子，而高速運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)則采用隱極式。凸極同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通常由轉(zhuǎn)軸、磁極、磁軛、阻尼繞組和滑環(huán)等組成。轉(zhuǎn)軸是支承轉(zhuǎn)子和輸出轉(zhuǎn)矩的部件，一般由鍛造的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼加工而成；磁極是建立轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的部件，它由磁極鐵心、勵(lì)磁繞組和極身絕緣組成，磁極鐵心通常由磁極沖片疊成，沖片材質(zhì)為1、15MM低碳鋼板，除疊片磁極外，還可采用實(shí)心磁極，其極身和極靴巾鍛鋼或鑄鋼制成，實(shí)心磁極具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和起動(dòng)性能，可省去阻尼繞組；磁極卜套有勵(lì)磁線圈，各磁極上線圈按一定方式連接起來構(gòu)成勵(lì)磁繞組，在勵(lì)磁繞組中通人直流電流，使磁極依次產(chǎn)生N、S極；磁軛足轉(zhuǎn)子磁路的一部分，它用48MM鋼板沖片疊成，也有用整體鍛鋼加上而成，磁軛的另一個(gè)作用是固定磁極，其外表面有鴿尾槽，用于固定磁極并使磁極準(zhǔn)確定位；阻尼繞組的作用一是對(duì)磁鏈變化起阻尼作用，二是同步電動(dòng)機(jī)以異步方式起動(dòng)時(shí)作起動(dòng)繞組鼠籠繞組用，阻尼繞組安放在極靴表面圓形半開口槽內(nèi)，阻尼條多為黃銅圓形導(dǎo)條，在槽內(nèi)與磁極不絕緣，阻尼端環(huán)將阻尼條連接在一起，通常采用釬焊方式。隱極同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為圓柱體，勵(lì)磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，隱極式同步電動(dòng)機(jī)的空氣隙是均勻的。同步電動(dòng)機(jī)滑環(huán)的作用是給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通人直流勵(lì)磁電流，有一個(gè)滑環(huán)為正極，另一個(gè)為負(fù)極，滑環(huán)的材質(zhì)多為鍛鋼。14同步電機(jī)型號(hào)和額定值1型號(hào)例如W630KW4極數(shù)額定容量30KW2額定值同步電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù)為額定容量指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的有功功率，單位KWNP額定電壓指定子三相繞組上的線電壓，單位V；NU額定電流指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，流過定子繞組的線電流，單位A；I額定轉(zhuǎn)速指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的同步轉(zhuǎn)速，單位R/MIN；N額定功率因數(shù)指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)；COSN額定頻率指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行規(guī)定的頻率，單位HZNF額定效率指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率；N額定勵(lì)磁電壓指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電壓，單位VFNU額定勵(lì)磁電流指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流，單位AFI3額定值之間的關(guān)系NNIPCOS3第二章同步電機(jī)的工作特性長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為通過調(diào)節(jié)功率因數(shù)，可以改善電機(jī)的運(yùn)行特性。本章在敘述了電機(jī)原理、繼承了前人成果的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)學(xué)模型并作了相應(yīng)推導(dǎo)。21同步電機(jī)的工作原理磁場(chǎng)的建立勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。載流導(dǎo)體三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。切割運(yùn)動(dòng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。交變電勢(shì)的產(chǎn)生由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱交變電勢(shì)。通過引出線，即可提供交流電源。交變性與對(duì)稱性由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。22同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式,其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)勵(lì)磁磁勢(shì)FF單獨(dú)建立,稱勵(lì)磁磁場(chǎng)此時(shí)電機(jī)定子的三相繞組只有勵(lì)磁電流感生出的空載FI電動(dòng)勢(shì)三相對(duì)稱，其大小隨的增大而增加。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有0EFI飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。反映空載電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流關(guān)系的曲線0EFI稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。一,空載氣隙磁場(chǎng)1主磁通既與轉(zhuǎn)子交鏈,又經(jīng)氣隙與定子交鏈的磁通，為一以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁密波形沿氣隙圓周近似作正弦分布，其基波分量的每極磁通用表示，參與電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。002漏磁通除外的所有諧波成分，及勵(lì)磁磁場(chǎng)中僅與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組交鏈0而不與定子交鏈的磁通，漏磁通不參與電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換二,空載特性F或F0EFI0FF1空載運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電勢(shì)隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。轉(zhuǎn)子同步速為N1。三相基波電勢(shì)有效值為444FNKN10。0E2F改變IF，可改變0及，由此得空載特性曲線。0EFF空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律勵(lì)磁電流較小時(shí)，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒有飽和，空載特性呈直線將其延長(zhǎng)后的射線稱氣隙線，E0隨著勵(lì)磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進(jìn)入飽和段。為合理利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處。3空載特性可以通過計(jì)算或試驗(yàn)得到試驗(yàn)測(cè)定的方法與直流發(fā)電機(jī)類似，同步電機(jī)的空載特性也常用標(biāo)么值表示，空載電勢(shì)以額定電壓為基值，此時(shí)的勵(lì)磁電流稱為額定勵(lì)磁電流為勵(lì)磁電流的基值。用標(biāo)么值表示的空載特性具有典型性，不論電機(jī)容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。4空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用空載特性結(jié)合短路特性在后面介紹可以求取同步電機(jī)的參數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)好的電機(jī)的空載特性,可判斷該電機(jī)的磁路是否過于飽和或者材料是否充分利用；發(fā)電廠通過測(cè)取空載特性來判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。5飽和系數(shù)；飽和電機(jī)中一定時(shí)，氣隙線上的橫坐標(biāo)為氣隙磁動(dòng)勢(shì)空載特0E性上的橫坐標(biāo)為為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。飽和系數(shù)K勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)/氣隙磁動(dòng)勢(shì)AC/AB/。0ENU23同步電機(jī)對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)帶上負(fù)載后，定子三相對(duì)稱繞組中流過三相對(duì)稱電流，定子繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)，簡(jiǎn)稱電樞磁動(dòng)勢(shì)，它改變了電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)單獨(dú)由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生氣隙磁通的情況，這時(shí)將由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)合成一個(gè)總磁動(dòng)勢(shì)來產(chǎn)生氣隙磁通，在定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的影響就叫做電樞反應(yīng)。1空載FF負(fù)載對(duì)的影響，成為電樞反應(yīng)。AFF2和性質(zhì)比較均是幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；AF均是階梯波，基波為正弦波；轉(zhuǎn)速為N1。結(jié)論和在空間相對(duì)靜止。AFF3幾個(gè)概念內(nèi)功率因數(shù)角空載電動(dòng)勢(shì)E0和電樞電流IA之間的夾角，與電機(jī)本身參數(shù)和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)；外功率因數(shù)角與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)；功率角（功角）E0和U之間的夾角；且有（電感性負(fù)載）直軸（D軸）主磁極軸線（縱軸）；交軸（Q軸）轉(zhuǎn)子相臨磁極軸線間的中心線為交軸（橫軸）當(dāng)為不同值的電樞反應(yīng)性質(zhì)影響位AF置FA夾角記作F電樞反應(yīng)性質(zhì)F電壓U0，負(fù)載性質(zhì)00Q軸900AQ交軸波形畸變不變R負(fù)載900D軸900ADF直軸去磁削弱下降L負(fù)載900D軸900AD直軸助磁增強(qiáng)增大C負(fù)載099CM時(shí),應(yīng)采用扇形片，算得后，需要將其調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，111D然后對(duì)定子內(nèi)徑和鐵心計(jì)算長(zhǎng)度進(jìn)行必要的調(diào)整。TDEFL34電機(jī)設(shè)計(jì)的一般