密級NANCHANGUNIVERSITY學(xué)士學(xué)位論文THESISOFBACHELOR（20062010年）題目75KW4極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院信息工程學(xué)院系電氣工程及其自動化系專業(yè)班級電機(jī)電器062班學(xué)生姓名閆永佳學(xué)號6101106076指導(dǎo)教師黃劭剛職稱教授起訖日期2010324201068本科生畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書（工科及部分理科專業(yè)適用）題目75KW4極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計題目來源省部級以上市廳級橫向自選題目性質(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)院系電氣工程及其自動化專業(yè)班級電機(jī)電器062班學(xué)生姓名閆永佳學(xué)號6101106076起訖日期2010324201068指導(dǎo)教師黃劭剛職稱教授指導(dǎo)教師所在單位學(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，至少每兩周交指導(dǎo)教師簽署審查意見，并作為畢業(yè)設(shè)計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)計完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評閱和畢業(yè)設(shè)計答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊的主要內(nèi)容之一。一、畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容和基本要求（一）主要內(nèi)容1、分析同步電動機(jī)的工作特性2、闡述同步電動機(jī)的設(shè)計理論3、進(jìn)行75KW4極同步電動機(jī)設(shè)計，給出三套電磁設(shè)計方案，設(shè)計與之相配的變頻調(diào)速系統(tǒng)。4、三套電磁方案的比較分析5、設(shè)計電機(jī)的定子沖片、轉(zhuǎn)子沖片、定轉(zhuǎn)子繞組，并給出設(shè)計圖紙（二）基本要求1、技術(shù)要求額定功率75KW額定電壓400VNPNU相數(shù)三相Y接法額定功率因數(shù)095（滯后）額定轉(zhuǎn)速1500R/MIN額定頻率50HZNNNF效率915定子槽滿率80852、原始數(shù)據(jù)定子外徑DY43CM定子內(nèi)徑D30CM定子槽數(shù)N48氣隙長度012CM3、參考數(shù)據(jù)定子繞組電密89A/MM2氣隙磁密073088T（4極）4、設(shè)計要求根據(jù)原始數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)設(shè)計一臺符合技術(shù)要求的同步電動機(jī)，并給出三個方案，設(shè)計與之相配的變頻調(diào)速系統(tǒng)。分析電機(jī)的材料利用率與效率的關(guān)系，掌握設(shè)計節(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)計進(jìn)度計劃序號各階段工作內(nèi)容起訖日期實(shí)施地點(diǎn)1開題報告32444實(shí)驗(yàn)室2同步電動機(jī)電磁設(shè)計47516實(shí)驗(yàn)室3AUTOCAD制圖及外文翻譯519523實(shí)驗(yàn)室4撰寫畢業(yè)論文52666實(shí)驗(yàn)室5畢業(yè)答辯69613教室五、主要參考資料1電機(jī)設(shè)計陳世坤編機(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最新國內(nèi)外電機(jī)設(shè)計制造新工藝新技術(shù)與檢修及質(zhì)量檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊上徐剛銀聲音像出版社6變頻器方案張培星北京北洋電子技術(shù)有限公司7相變頻調(diào)速同步電動機(jī)設(shè)計彭兵沈陽工業(yè)大學(xué)六、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度表（本表至少每兩周由學(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)書日期學(xué)生姓名送交畢業(yè)設(shè)計日期本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目75KW4極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院信息工程學(xué)院系電氣工程及其自動化系專業(yè)電機(jī)電器及其控制班級電機(jī)電器06級2班學(xué)號6101106076姓名閆永佳指導(dǎo)教師黃劭剛填表日期2010年3月20日一、選題的依據(jù)及意義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、智能化自動控制的突出特點(diǎn)，它不但成為人類生產(chǎn)和活動的主要能源，而且對近代人類文明的產(chǎn)生和發(fā)展起到了重要的推動作用。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)代社會所有行業(yè)和部門中也占據(jù)著越來越重要的地位。電動機(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)備的動力。電動機(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，僅在工業(yè)加工過程中電動機(jī)系統(tǒng)就消耗了6790億KWH的電能。據(jù)統(tǒng)計，如采用目前已成熟的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，可節(jié)約1118的電能，也即每年可節(jié)約7501220KWH，同時每年相應(yīng)可節(jié)約電費(fèi)3658億美元，并且由于電能的節(jié)約可大大減緩或減少對電站或發(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，對氣候環(huán)境帶來很大影響，英國測算其1995年電動機(jī)系統(tǒng)總用電量為1300億KWH，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20082012年要比1990年排放水平降低8，其中英國需減少125。電動機(jī)系統(tǒng)能效水平的提高所帶來的電能節(jié)約，可大大減少溫室氣體的排放。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)部門中啟動了“電動機(jī)挑戰(zhàn)計劃”。預(yù)計通過該計劃，可使整個工業(yè)部門電動機(jī)系統(tǒng)的效率提高148，每年可節(jié)約電能850億KWH，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，提高電動機(jī)的功率對工業(yè)部門具有重要意義。同步電動機(jī)的研究為滿足這一要求提供了一條良好的發(fā)展方向。用同步電動機(jī)來拖動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)、電動發(fā)電機(jī)組等，更為合適。這是因?yàn)?，大功率同步電動機(jī)與同容量的異步電動機(jī)相比較，同步電動機(jī)的功率因數(shù)高。在運(yùn)行時，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)是異步電動機(jī)做不到的，其次，對大功率低轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，同步電動機(jī)的體積比異步電動機(jī)要小些。隨著半導(dǎo)體整流技術(shù)的發(fā)展，同步電動機(jī)可以不用直流勵磁機(jī)勵磁，而是用交流電流可控硅整流后勵磁。有些同步電動機(jī)還采用旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體整流勵磁。這樣就把轉(zhuǎn)子上的集電環(huán)與電刷裝置去掉了，對有些要求防爆的用戶來說，是很安全的。要想讓同步電動機(jī)應(yīng)用更加廣泛，就要利用到變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)是近年來電氣傳動方面的一個研究熱點(diǎn)。其以優(yōu)的調(diào)速和動靜態(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)、變流技術(shù)、控制技術(shù)、微型計算機(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)。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）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，對若干重要用能產(chǎn)品規(guī)定了最低能效限值，鼓勵節(jié)能產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用，實(shí)施了節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)證制度。電動機(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)證計劃。2002年1月正式頒發(fā)了“中小型的三相異步電動機(jī)能效限定值和節(jié)能評價值（GB186132002）”標(biāo)準(zhǔn)。改標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩套電動機(jī)效率指標(biāo)，一者為目前所產(chǎn)生的電動機(jī)的平均效率水平，后者比前者提高23個百分點(diǎn)，為節(jié)能電動機(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機(jī)向最效率電動機(jī)的過渡，由于中國目前的電動機(jī)基本技術(shù)要求符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，因此中國的電動能效標(biāo)準(zhǔn)以歐盟EUCEMEP的EFF2指標(biāo)作為最低效率限值，以歐盟EUCEMEP的EFF1指標(biāo)最為節(jié)能評價值。目前中國中小型電動機(jī)約有300多個系列，近1500個品種，隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，近年來交流電動機(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262。目前國內(nèi)生產(chǎn)的主要是Y系列三相異步電動機(jī)，年產(chǎn)量占電動機(jī)總產(chǎn)量的3/4。該系列產(chǎn)品時20世紀(jì)80年代初期開發(fā)的國內(nèi)第一個符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的系列產(chǎn)品，其功率范圍為055250KW，機(jī)座號范圍為80315在Y系列電動機(jī)的基礎(chǔ)上，還開發(fā)了繞線轉(zhuǎn)子型電動機(jī)，變極多速電動機(jī)、電動制動電動機(jī)等18個低生系列產(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系列三相異步電動機(jī)。該系列產(chǎn)品功能范圍為012315KW，機(jī)座號范圍為63355，形成了一個完整的低壓三相異步電動機(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機(jī)能效限定值和節(jié)能評價值（GB186132002）”標(biāo)準(zhǔn)中的能效限定值。應(yīng)該指出的是，這三個系列產(chǎn)品均為一般效率電動機(jī)。對于高效率電動機(jī)，目前國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品主要用于出口。隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源供應(yīng)日趨緊張，因此目前中國正在對上述電動機(jī)能效指標(biāo)進(jìn)行修訂，擬在若干年后將能效限定值的指標(biāo)提高到高效率電機(jī)的指標(biāo)，以使能較多地節(jié)約電能。目前變頻調(diào)速的主要方案有交交變頻調(diào)速、交直交變頻調(diào)速、同步電動機(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?？刂品椒ā⒖刂撇呗缘膽?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)展到基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制和基于動態(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態(tài)性能控制都是研究的熱點(diǎn)。三、本課題研究內(nèi)容本課題主要是研究設(shè)計75KW變頻調(diào)速同步電動機(jī)及其控制系統(tǒng)。首先是變頻器的設(shè)計，包括硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計硬件原理圖設(shè)計程序結(jié)構(gòu)設(shè)計主程序設(shè)計中斷服務(wù)程序設(shè)計然后根據(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NMIDAZ2根據(jù)公式確定每槽導(dǎo)體數(shù)NDS,即NAZMND3根據(jù)槽滿率，確定電樞繞組的線規(guī)，即，NDA2。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P。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)的計算本課題的主要計算過程如下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5磁路計算6勵磁繞組計算7溫升計算最后是電動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括1、主回路控制系統(tǒng)的設(shè)計2、勵磁回路控制系統(tǒng)的設(shè)計四、本課題研究方案本課題的研究方案主要有三個，方案一，是根據(jù)計算程序，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)行發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計時，既釆用手算的方法，又釆用計算機(jī)編程的方法進(jìn)行計算。本課題研究了三個方案，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)計出用戶所要求功率的電動機(jī)，這有利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。同時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)計三個優(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最新國內(nèi)外電機(jī)設(shè)計制造新工藝新技術(shù)與檢修及質(zhì)量檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊上徐剛銀聲音像出版社6變頻器方案張培星北京北洋電子技術(shù)有限公司7相變頻調(diào)速同步電動機(jī)設(shè)計彭兵沈陽工業(yè)大學(xué)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)的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識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。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名日期導(dǎo)師簽名日期NANCHANGUNIVERSITY學(xué)士學(xué)位論文THESISOFBACHELOR（20062010年）題目75KW4極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院信息工程學(xué)院系電氣工程及其自動化系專業(yè)電氣工程及其自動化（電機(jī)電器方向）班級電機(jī)電器062班學(xué)號6101106076學(xué)生姓名閆永佳指導(dǎo)教師黃劭剛起訖日期200831320086875KW4極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)號6101106076學(xué)生姓名閆永佳指導(dǎo)教師黃劭剛摘要同步電機(jī)用作電動機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，只要電源頻率保持恒定，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就絕對不變。除此以外，同步電動機(jī)還有一個突出的優(yōu)點(diǎn)，就是可以控制勵磁來調(diào)節(jié)它的功率因數(shù)，可使功率因數(shù)提高到10，甚至超前。但是，由于同步電動機(jī)啟動費(fèi)事、重載時有振蕩乃至失步的危險，一般工業(yè)設(shè)備很少采用同步電動機(jī)拖動。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，同步電動機(jī)便和異步電動機(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機(jī)廣泛應(yīng)用的問題都已迎刃而解。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，介紹了三相同步電動機(jī)機(jī)的設(shè)計要點(diǎn)，并對變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計做了嘗試。關(guān)鍵詞同步電動機(jī)；電機(jī)設(shè)計；變頻調(diào)速系統(tǒng)75KW4POLESYNCHRONOUSMOTORELECTROMAGNETICFREQUENCYCONTROLSCHEMEANDCONTROLSYSTEMABSTRACTSYNCHRONOUSMOTORUSEDASAMOTORHASMANYADVANTAGES,ASLONGASTHEPOWERSUPPLYTOMAINTAINCONSTANTFREQUENCY,SYNCHRONOUSMOTORSPEEDISABSOLUTELYUNCHANGEDINADDITION,THESYNCHRONOUSMOTORANDAPROMINENTADVANTAGEISTHATWECANCONTROLTHEEXCITATIONTOADJUSTITSPOWERFACTOR,POWERFACTORCANINCREASETO10,OREVENAHEADHOWEVER,BECAUSESYNCHRONOUSMOTORSTARTINGTROUBLE,HEAVYSTEPANDEVENWHENTHERISKOFOSCILLATION,GENERALINDUSTRIALEQUIPMENTRARELYUSEDINSYNCHRONOUSMOTORDRAGSINCETHEFREQUENCYOFPOWERELECTRONICTRANSFORMERTECHNOLOGYDEVELOPEDANDWIDELYAPPLIEDLATER,THESITUATIONISQUITEDIFFERENT,WITHVOLTAGEFREQUENCYCOORDINATIONCONTROL,SYNCHRONOUSMOTORSANDINDUCTIONMOTORSWILLBEVARIABLESPEEDMOTORSASAMEMBEROFTHEFAMILY,THEORIGINALPOWERSUPPLYBECAUSEFIXEDFREQUENCYSYNCHRONOUSMOTORHINDEREDWIDERAPPLICATIONOFTHEPROBLEMSHAVEBEENSOLVEDINTHISPAPER,BASEDONPREVIOUSSTUDIES,INTRODUCEDTHETHREEPHASESYNCHRONOUSMOTORMACHINEDESIGNFEATURES,ANDFREQUENCYCONTROLSYSTEMDESIGNWERETRIEDKEYWORDSYNCHRONOUSMOTOR,MOTORDESIGN,VARIABLESPEEDSYSTEM目錄摘要IABSTRACTII第一章同步電機(jī)概論111同步電機(jī)的基本特點(diǎn)112同步電機(jī)的基本類型113同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)214同步電機(jī)主要用途415基本技術(shù)要求4第二章同步電動機(jī)的工作特性721同步電動機(jī)的工作原理722凸極同步電動機(jī)工作特性及分析823同步電動機(jī)的功率平衡關(guān)系10第三章電機(jī)設(shè)計基本方法1131總體設(shè)計過程1132電磁設(shè)計11第四章電磁設(shè)計方案計算1441設(shè)計要求1442方案計算14第五章電磁設(shè)計結(jié)果分析4051復(fù)算程序4052方案結(jié)果比較與分析4053心得與總結(jié)42第六章同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計4361同步調(diào)速系統(tǒng)類型4362變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制類型4363同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)44第七章AUTOCAD2004繪圖4971AUTOCAD簡介4972畫定子沖片圖4973畫轉(zhuǎn)子沖片圖5074畫繞組圖51參考文獻(xiàn)54總結(jié)55致謝56第一章同步電機(jī)概論同步電機(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，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系NNS60F/P，NS稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機(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，同步電動機(jī)也越來越廣泛的應(yīng)用于各種電力拖動領(lǐng)域。11同步電機(jī)的基本特點(diǎn)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)時的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)且與負(fù)載的大小無關(guān)。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)、同步電動機(jī)及同步補(bǔ)償機(jī)。以同步發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行時，勵磁繞組中通入直流電流，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生磁場，由原動機(jī)拖動電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁場與定子導(dǎo)體之間有了相對運(yùn)動，在定子繞組中就會感應(yīng)交流電動勢。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時，它發(fā)出的交流電動勢也是是固定的，這是因?yàn)?，交流電動勢的頻率F決定于極數(shù)P和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速N，即FPN/60。以同步電動機(jī)方式運(yùn)行時，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)子的勵磁繞組通入直流電后，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于磁鐵。于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動磁鐵轉(zhuǎn)動，速度為N60F/P。由此可見，當(dāng)極數(shù)一定時，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)用使得同步電動機(jī)的速度可調(diào)，再加上同步電動機(jī)的功率因數(shù)可調(diào)，使得同步電動機(jī)成為同步電機(jī)的一種重要的運(yùn)行方式。以同步補(bǔ)償機(jī)方式運(yùn)行時，實(shí)際上是一臺接在交流電網(wǎng)上空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。這時電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，依靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，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)對無功功率的要求。12同步電機(jī)的基本類型同步電機(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)的原動機(jī)、電動機(jī)的負(fù)載等分類。按用途來分，有發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、補(bǔ)償機(jī)。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分，有旋轉(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。按通風(fēng)方式分，有開啟式、防護(hù)式、封閉式。按發(fā)電機(jī)的原動機(jī)來分，有汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和其他原動機(jī)帶動的發(fā)電機(jī)（如柴油機(jī)等）。圖11汽輪發(fā)電機(jī)圖12水輪發(fā)電機(jī)按電動機(jī)帶動的負(fù)載分，有均勻負(fù)載、交變負(fù)載和沖擊負(fù)載的電動機(jī)。同步電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時，是應(yīng)用最廣泛的。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代社會使用的交流電能99由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。同步電機(jī)用作電動機(jī)時，效率高且功率因數(shù)可調(diào)；而異步電機(jī)運(yùn)行時必須從電網(wǎng)吸收無功勵磁功率，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。因此，驅(qū)動球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。同步電機(jī)用作補(bǔ)償機(jī)時，能向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功率，滿足電網(wǎng)對無功功率的要求。13同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)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。圖13旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)圖14旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)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觥Ｓ捎谕诫姍C(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?。由于勵磁繞組的功率與電樞的功率相比，所占比例較小，勵磁電壓又較低，因此使磁極旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)為勵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。同步電機(jī)的基本結(jié)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。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。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。電樞繞組為三相對稱交流繞組，一般多為雙層繞組，嵌裝在定子槽內(nèi)。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)。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)。轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、勵磁繞組和滑環(huán)等組成。分為兩種類型，隱極式和凸極式。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。隱極電機(jī)的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同。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；在同步電動機(jī)中起到啟動繞組的作用?；h(huán)裝在轉(zhuǎn)子軸上，由引線連接到勵磁繞組，并且由電刷接到勵磁裝置。14同步電機(jī)主要用途同步電機(jī)主要用作同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)、同步調(diào)相機(jī)。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。在電動機(jī)方面，傳統(tǒng)的同步電機(jī)最大的缺點(diǎn)就是頻率一定時轉(zhuǎn)速也固定，這限制了同步電動機(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)展使同步電動機(jī)迎來了“春天”，速度再也不是同步電動機(jī)的瓶頸，并且還可以發(fā)揮它的巨大優(yōu)勢。在調(diào)相機(jī)方面，它可以向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功率，滿足電網(wǎng)對無功功率的要求。15基本技術(shù)要求1）工作制、防護(hù)型式、安裝型式、冷卻方式工作制同步電機(jī)常用的工作制為連續(xù)工作制、短時工作制和短續(xù)周期工作制。防護(hù)型式同步電機(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。安裝型式同步電動機(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)，電動機(jī)安裝型式有臥式安裝，立式安裝軸伸向下，立式安裝軸伸向上。冷卻方式同步電動機(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。2）同步電動機(jī)銘牌額定數(shù)據(jù)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NSNP在功率，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KVAM指電動機(jī)軸上輸出的額定機(jī)械功率，單位為或者；對于補(bǔ)償機(jī)則使用KWM額定視在功率或者無功功率來表示。2額定電壓指正常運(yùn)行時定子三相繞組的線電壓，單位為或者NUV。KV3額定電流是指額定運(yùn)行時，流過同步電機(jī)定子繞組的線電流，單NI位為。A4額定功率因數(shù)指額定運(yùn)行時電機(jī)的功率因數(shù)。COSN5額定頻率指額定運(yùn)行時的頻率，我國標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為。F50HZ6額定轉(zhuǎn)速指同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。NN7額定效率指額定運(yùn)行時的電機(jī)效率。此外，電機(jī)銘牌還常列出額定勵磁電壓，額定勵磁電流,額定溫升FNUFNI等參數(shù)。3）同步電動機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)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)表示功率因數(shù)COS電機(jī)輸入有效功率與視在功率之比定子槽滿率繞組截面積和定子槽截面積比定子繞組電密I定子繞組電流密度氣隙磁密B氣隙磁通密度，與氣隙磁動勢成正比噪聲發(fā)電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時A計權(quán)聲功率DBA振動發(fā)電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時振動速度有效值第二章同步電動機(jī)的工作特性21同步電動機(jī)的工作原理（1）磁場定義三相同步電動機(jī)運(yùn)行時有兩個旋轉(zhuǎn)磁場定子旋轉(zhuǎn)磁場以及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場。定子旋轉(zhuǎn)磁場又稱為電樞磁勢，相應(yīng)的磁場稱電樞磁場速度同步速度，60FNP方向從有超前電流的相轉(zhuǎn)向有滯后電流的相。形成原因電氣方式形成。對稱三相電流流過定子對稱三相繞組,將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢。它的旋轉(zhuǎn)速度即為同步速度，為60FNP；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)磁勢振幅恰好轉(zhuǎn)到該相繞組軸線處。這旋轉(zhuǎn)磁通勢是以電氣方式形成的。同步電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行，只要其定子三相繞組流通對稱三相電流，就將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢，建立旋轉(zhuǎn)磁場。同步電動機(jī)的定子繞組稱為電樞繞組，因此，上述磁勢又稱電樞磁勢，相應(yīng)的磁場稱電樞磁場。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場直流勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場。速度同步速度，160FNP方向與定子相同。形成原因以機(jī)械方式形成。同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有直流勵磁產(chǎn)生的磁極，磁極與轉(zhuǎn)子無相對運(yùn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,以機(jī)械方式形成旋轉(zhuǎn)磁通勢，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)，稱為直流勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場。（2）電動勢定義兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割繞組而產(chǎn)生。原因旋轉(zhuǎn)磁場切割繞組。電動勢定子繞組感應(yīng)頻率與同步轉(zhuǎn)速相同地電動勢。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。轉(zhuǎn)子繞組一般情況下轉(zhuǎn)子和磁場同速，無感應(yīng)電動勢。同步電動機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，只是空間相位不同。切割靜止的定子繞組時，旋轉(zhuǎn)磁場在定子三相繞組中感應(yīng)出的頻率相同、時間相位卻不同的感應(yīng)電動勢。繞組的感應(yīng)電動勢時間相位差和旋轉(zhuǎn)磁場間的空間相位差相等。穩(wěn)態(tài)對稱運(yùn)行時，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)子繞組沒有相對運(yùn)動，也不會在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。（3）相互作用定義磁極間同性相斥、異性相吸的電磁力。同步電動機(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)兩個磁場的空間位置不同時，根據(jù)磁極間同性相斥、異性相吸原理，它們之間會產(chǎn)生相互作用的電磁力。同步電動機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場間沒有相對運(yùn)動。但由于負(fù)載的影響，兩個磁場間的相對位置卻不同。這個相對位置決定了同步電動機(jī)的運(yùn)行方式。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)行拖動轉(zhuǎn)矩電動機(jī)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)行時，轉(zhuǎn)子受到與其轉(zhuǎn)向相同的電磁轉(zhuǎn)矩作用。此時，電樞磁場作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子拖動外部機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，此為電動機(jī)運(yùn)行方式。22凸極同步電動機(jī)工作特性及分析（1）凸極同步電動機(jī)雙反應(yīng)原理凸極同步電動機(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勢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，電樞磁動勢作用在不同地空間位置。因而在不計磁飽和時，可以根據(jù)雙反應(yīng)理論（一般情況下，如果電樞磁動勢既不作用于直軸、也不在交軸而在空間任意位置處，可以把電樞磁動勢AF分解成直軸與交軸兩個分量ADF、Q，再用對應(yīng)的直軸磁導(dǎo)與交軸磁導(dǎo)分別計算出直軸與交軸電樞磁通B、，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，在不計磁飽和時，這種方法的效果滿足要求。），把電樞磁動勢AF分解成直軸與交軸磁動勢ADF、Q兩個分量，然后根據(jù)對應(yīng)磁導(dǎo)分別計算出其所產(chǎn)生的直軸、交軸電樞磁通,A。B）A）電樞磁動勢分解成直軸和交軸磁動勢B）直軸和交軸電樞反應(yīng)圖21凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論（2）電動勢以及電壓平衡方程電動勢主磁通與電樞磁通，也即直軸、交軸電樞磁通切割定子繞組且0在定子繞組內(nèi)感應(yīng)處相應(yīng)地勵磁電動勢以及電樞反應(yīng)電動勢。得一相0E,ADQE繞組地合成電動勢，或稱氣隙電動勢。上述關(guān)系可表示如下E電壓平衡方程凸極同步電動機(jī)定子電樞任一相的電勢方程0ADQAUEIRJXFFIF0ADADQQJIE23同步電動機(jī)的功率平衡關(guān)系功率傳遞過程電網(wǎng)輸入電功率很小部分消耗于定子銅耗1PCUP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EMPFEMAD機(jī)械功率2圖22同步電動機(jī)功率流程圖第三章電機(jī)設(shè)計基本方法31總體設(shè)計過程（1）準(zhǔn)備階段準(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。（2）電磁設(shè)計電磁設(shè)計階段的任務(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)，通過計算以及方案比較，確定與設(shè)計電機(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。這個階段要求設(shè)計3個方案最省材料方案，最有效率方案以及一般方案（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計電磁設(shè)計結(jié)束以后，根據(jù)計算結(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。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，并對總裝配草圖進(jìn)行必要的修改。（4）變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計由于同步電動機(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)計可以使同步電動機(jī)速度可調(diào)，應(yīng)用范圍更廣泛。32電磁設(shè)計（1）同步電動機(jī)主要尺寸確定在同步電動機(jī)設(shè)計之初，首先要進(jìn)行主要尺寸的選擇，這影響到同步電動機(jī)很多重要的性能。主要尺寸是指電樞鐵心直徑D和長度。對于直流電機(jī)，EFL電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對于一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)與同步電機(jī)，則指定子內(nèi)徑。電機(jī)基本尺寸D和有如下兩種方式確定EFL1計算法根據(jù)電機(jī)的額定功率NP,計算出計算功率P；根據(jù)P,N選擇合適的電磁負(fù)荷A和B,由公式216PNLDKCEFNMP得到EFLD2；其中MNK111，70P，DP取單096；雙092根據(jù)P,N查表（由系列，極數(shù)）得EFL/,P2D；由以上中方程組可解得D，F(xiàn)查表的規(guī)定的D，EFL2類比法（幾何相似定律）2121NPEF取D1D2得21NLEF（導(dǎo)線截面積S,繞線匝數(shù)分別成比例）（2）氣隙對電機(jī)性能的影響氣隙是指定子與轉(zhuǎn)子之間的空隙，在凸極同步電動機(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，則會使氣隙處磁壓降增大，這會使得勵磁磁勢增大以及勵磁繞組地銅耗量增大。氣隙偏大則會導(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，還會使諧波磁場以及諧波漏抗增大，這會造成諧波轉(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。氣隙的大小需要綜合考慮才可以，對于功率較小的電機(jī)一般氣隙要選得較小。（3）槽滿率對電機(jī)性能的影響槽滿率指的是導(dǎo)線有規(guī)則的排列所占的面積與槽的有效面積之比，即WSDFAS。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)計得太高的話，會使嵌線造成困難，容易引起絕緣損傷。槽滿率也不能過低，過低的話，會造成槽的浪費(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08085左右。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。第四章電磁設(shè)計方案計算41設(shè)計要求電磁設(shè)計方案的計算是根據(jù)設(shè)計要求，即提供的數(shù)據(jù)以及技術(shù)要求來進(jìn)行同步電動機(jī)的電磁方案的計算。提供的額定數(shù)據(jù)1額定功率75KW2相數(shù)33額定相電壓400V4額定頻率50HZ5極數(shù)46額定功率因數(shù)0957機(jī)座中心高25CM8定子外徑43CM9定子內(nèi)徑30CM10定子槽數(shù)48技術(shù)要求1額定效率9152槽滿率080853電樞繞組電密8009004氣隙磁密7500880042方案計算如下表表41凸極式三相同步電動機(jī)電磁計算方案一方案二方案三一、額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求1額定功率NP7575752相數(shù)M3333額定線電壓N1U4004004004額定相電壓N13U2309423094230945額定頻率F5050506極數(shù)P4447額定效率N0915091509158額定功率因數(shù)COS0950950095009509額定相電流3N1COSNIMUP12522125221252210額定轉(zhuǎn)速60/2FNP15001500150011額定轉(zhuǎn)矩3NN95410PTN47745477454774512機(jī)座中心高（CM）25252513定子槽滿率808580114定子繞組電密795A/MM282115氣隙073088T085磁密二、定子沖片設(shè)計16定子外徑1D43434317定子內(nèi)徑I130303018定子槽數(shù)N48484819電樞拼片條件（1）每圈扇形片數(shù)T666（2）重疊數(shù)N1222（3）每片槽數(shù)/TN888（4）扇形片高011/2/COSCIHD（8/T）851851851（5）扇形片寬01SINCB（/T）215215215（6）無軸流拼片條件2TP偶數(shù)或者帶有偶數(shù)分子的最簡分?jǐn)?shù)66620每極每/QNM444相槽數(shù)21極距PI1D23552355235522定子槽形1SOB03203203221S0909093S0H0101014S10150150155S21251251256R05105105123每槽有效面積S12WS12BACH3C57R（）為絕緣層厚度,E級取0027CM,C為槽楔厚,取為02CM,2RHS2B138138138直徑位置1ID303030槽節(jié)距NZ/I196319631963槽寬SOB032032032（1）齒寬SOZ1164316431643直徑位置1S01I2HD305305305槽節(jié)距/ZN199519951995槽寬1SB090909（2）齒寬21ZS109510951095直徑位置2S0SI3HD333333槽節(jié)距3/ZN215921592159槽寬2SB102102102（3）齒寬32ZS11391139113925定子齒距1ZT19631963196325平均齒寬1/3BZ2,BZ3中之大者2（BZ2,BZ3之最ZB小者）11101110111027電樞卡氏系數(shù)1S02475ZCBK其中槽節(jié)距1I/ZDN107310731073三、轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計28氣隙長度12MI01201201229最M014501450145大氣隙30轉(zhuǎn)子外徑2I1D29762976297631磁軛外徑Y(jié)MO17171732轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)徑I2D88833磁極寬度MB999磁極尺寸計算（1）B025CM020202（2）IIA11DOSB256925692569（3）0IMHA2YM381138113811（4）P1/3B（）177917791779（5）IBSINMD（）160181601816018（6）Y0SIN1319733197331973（7）MHCOS2M515151（8）102PYMBTGDH330623306233062（9）2P0180ASINOYMP608460846084（10）10YMBTGDH233782337823378（11）22K0180ASINOYP83518351835135磁極壓板厚1D04040436磁極壓板寬112MB82828237氣隙極距比值/00050005000538氣隙比值/M12081208120839極抱百分值07250725072540磁極抱角180/OP32625326253262541等（查曲線1及2）用公式計算見附錄一064406440644效極弧系數(shù)42波形系數(shù)（查曲線1及2）或用基波幅值系數(shù)BK，用公式計算見附錄一D1F11281128112843磁極偏心距MI1I1M2COSDH偏心半徑14634I1/2RH024602460246四、電樞繞組和鐵心長度計算44繞組并聯(lián)支路數(shù)1A22245估算每槽導(dǎo)體所占面積DKWS085AF11041104110446選擇每槽導(dǎo)體數(shù)ND1DSA/4809NAJIJ2安厘米注意選偶數(shù)ND10111047電樞繞單層匝數(shù)NDS101110組節(jié)距D12S1S2YYQ4/09/7/MN單單雙雙匝數(shù)雙層匝數(shù)NDS55548每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)Q2,3,4或51212PZA80848049線負(fù)荷1/NIAMIZD安匝厘米31903233498331903250估算每根導(dǎo)體的截面積D4NS00870079008751每根導(dǎo)線并繞根數(shù)N333裸徑/絕緣徑/D09380952093852電樞線規(guī)截面積S00254002540025453電樞繞組電密N1JI/NAJ2/安厘米82165482165482165454每槽導(dǎo)線2NDSAD110611791106所占面積55槽滿率SDKAF/0801085080156繞組系數(shù)KDPSIN90SISIN90I1212MYYSP092509280925（一般，可不計算）SIN/2180CKOK1CK11157定子斜槽因數(shù)OPN（斜槽85008500880058每極磁通881161002243NDPCKDDPCKBDCKUAUFZFFWKAF27666612625935276666159電機(jī)鐵芯長度LBP2468730750214622037207360電樞鐵心長L214622037207361磁極鐵心長M051224622137217362磁極鐵心MNSLTKS095TM213382030120643凈長63鐵心有效長L2ML214622037207364鐵心純長095NSK20388193511969365電樞繞組尺寸2284722847228471869318693186931Y以槽I1S01S22YDHN數(shù)計1453914539145391445114451144511182311823118232/158R9196919691965579557955794565456545653/259F3551355135512622826228262282145921459214594185CLR1669116691166915BC取15CM2CBLB244622337237366每相電樞繞組長121324ACCCCPMLBLNLN3769055388011737105241在75時歐61752/0OAACRLNS00540055005367電樞繞組每相電阻（歐）2在20時歐207584OOCARR00440046004468電樞繞組銅重千克319CUAGMLNS15337157891509869