30kw-4極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制系統(tǒng)畢業(yè)設計（含外文翻譯）

1、<p>　　本科生畢業(yè)設計任務書</p><p>　　（工科及部分理科專業(yè)適用）</p><p>　　題目：30kw-4極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　題目來源：□省部級以上 □市廳級 □橫向 √自選</p><p>　　題目性質(zhì)：□理論研究 √應用與理論研究 □實際應用研究</p

2、><p>　　學 院：信息工程學院 系：電氣與自動化工程系 </p><p>　　專業(yè)班級： 電機電器06級1班 </p><p>　　學生姓名： *** 學號 *** </p><p>　　起訖日期： 2010.3.24~2008.6.13 </p>

3、<p>　　指導教師： *** 職稱： 教授 </p><p>　　指導教師所在單位： 電氣與自動化工程系 </p><p>　　學院審核（簽名）： </p><p>　　審核日期： </p><p>

4、<b>　　二0 一0年制</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　　題 目：30kw-4極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　學 院： 信工學院 系 自動化系 </p><p>　　專 業(yè)：

5、 電機電器 </p><p>　　班 級： 061班 </p><p>　　學 號： *** </p><p>　　姓 名： </p><p>

6、　　指導教師： *** </p><p>　　填表日期： 2010 年 3 月 22 日</p><p><b>　　選題的依據(jù)及意義</b></p><p>　　現(xiàn)代社會中，電能是現(xiàn)代社會最主要的能源之一。在電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，電機起著重要的作用。電機主要包括發(fā)

7、電機、變壓器和電動機等類型。電動機將電能轉(zhuǎn)換成為機械能，用來驅(qū)動各種用途的生產(chǎn)機械。機械制造工業(yè)、冶金工業(yè)、煤炭工業(yè)、石油工業(yè)、輕紡工業(yè)、化學工業(yè)及其他各種礦企業(yè)中，廣泛地應用各種電動機。例如，在交通運輸中，鐵道機車和城市電車是由牽引電機拖動的；在航運和航空中，使用船舶電機和航空電機；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，電力排灌設備、打谷機、榨油機等都是由電動機帶動的；在國防、文教、醫(yī)療及日常生活中，也廣泛應用各種小功率電機和微型電機。</p>

8、<p>　　同步電動機歷來是以轉(zhuǎn)速與電源頻率保持嚴格同步著稱的，只要電源頻率保持恒定，同步電動機的轉(zhuǎn)速就絕對不變。小到電鐘和記錄式儀表的定時旋轉(zhuǎn)機構，大到大型同步電動機一直流發(fā)電機</p><p>　　組，無一不是為了發(fā)揮其轉(zhuǎn)速恒定的優(yōu)勢而得到應用的。除此以外，同步電動機還有一個突出的優(yōu)點，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)高到1.0，甚至超前。在一個工廠里，只需有一臺或幾臺大容量設備

9、(例如水泵、空氣壓縮機) 采用同步電動機，就足以改善全廠的功率因數(shù)。但是，由于同步電動機起動費事、重載時有振蕩乃至失步的危險，過去除了上述特殊情況外，一般工業(yè)設備很少采用同步電動機傳動。自從電力電子變壓變頻技術獲得廣泛應用以后，情況就大不相同了。采用電壓一頻率協(xié)調(diào)控制，同步電動機便和異步電動機一樣成為調(diào)速電動機家族的一員，原來由于供電電源頻率固定不變而阻礙同步電動機廣泛應用的問題都已迎刃而解。</p><p&g

10、t;　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）</p><p>　　20世紀40年代以前，我國電機制造行業(yè)極端落后。中華人民共和國成立后，電機工業(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計的道路；50年代初只能生產(chǎn)一般中小型電機，不久即能制造大型發(fā)電設備和特殊用途電機，但與發(fā)達國家還具有很大的差距。</p><p>　

11、　國外公司注重新產(chǎn)品開發(fā)，在電機的安全、噪聲、電磁兼容等方面很重視。國外的先進水平主要體現(xiàn)在電機的可靠性高，壽命長，通用化程度高，電機效率不斷提高，噪聲低，重量輕，電機外形美觀，絕緣等級采用F級和H級，而且也考慮電機制造成本的降低等國內(nèi)雖有部分產(chǎn)品已達90年代初的國際水平，但相當部分的產(chǎn)品可靠性差，重量重，體積大和噪聲大，綜合水平只相當于80年代初期國際水平，其主要原因是制造工藝落后，關鍵材料的質(zhì)量和品種不能滿足要求，科研和設計工作沒有

12、跟上，科研投入少，新產(chǎn)品開發(fā)資金匱乏，企業(yè)技術創(chuàng)新能力較弱。</p><p>　　電機行業(yè)是一個傳統(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，是國民經(jīng)濟中重要的一環(huán)。作為勞動密集型產(chǎn)業(yè)，我國發(fā)展電機制造業(yè)有著得天獨厚的優(yōu)勢。到目前為止，我國的電機制造業(yè)已經(jīng)具有一定規(guī)模。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2008年上半年，全行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值180.5億元，同比增長19.7%。累計產(chǎn)量6805萬千瓦

13、，同比增長11.1%。在總產(chǎn)量中，大中型電機產(chǎn)量為2878.7萬千瓦，增速減緩3.5個百分點；小型交流電機產(chǎn)量為3224.8萬千瓦，同比增長5.6%，增速同比減緩8.8個百分點；直流電機產(chǎn)量284.2萬千瓦，同比降低20.9%，增速同比減緩21.7個百分點。上半年全行業(yè)實現(xiàn)銷售收入178.5億元，同比增長17.7%。</p><p>　　2008年以來，雖然我國經(jīng)受了全球經(jīng)濟危機的影響，部分產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值呈下降趨勢。但

14、是電機企業(yè)產(chǎn)量突飛猛進。其主要原因是，企業(yè)積極實施國家節(jié)能政策，風電生產(chǎn)項目的效果顯著。</p><p>　　小型交流電機同比小幅增長，大中型電機增勢明顯，這與國家經(jīng)濟快速增長拉動有關；直流電機產(chǎn)量同比降幅加大，主要是用戶如軋鋼機行業(yè)的需求量減少。隨著交流變頻器電機技術的發(fā)展，依靠性價比優(yōu)勢，替代部分直流電機，使直流電機市場萎縮。例如，以起重冶金、中型高壓大功率變頻調(diào)速特種電機為發(fā)展核心的江特電機有限公司，預計到

15、2009年公司產(chǎn)能將由目前的120萬千瓦增加至255萬千瓦。</p><p>　　隨著科學技術以及經(jīng)濟的發(fā)展，電機制造工業(yè)也將發(fā)生很大的變化，下面就對其作簡要介紹。</p><p>　　產(chǎn)品品種、規(guī)格不斷增加，單機容量迅速增大，技術經(jīng)濟指標逐步提高。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，用電量的增加和設備所需要的動力增大等因素的影響，單機容量將迅速增大，這樣才能更好地為經(jīng)濟作出貢獻，兩者相輔相成，互相促進對方的

16、發(fā)展。由于不同的電機具有不同的功能及其優(yōu)勢，為了更好地利用各種電機的優(yōu)勢，就必須生產(chǎn)出不同的電機，在不同的領域使用不同的電機，從而提高能量的利用，減少浪費，同時也將有利于環(huán)境保護。</p><p>　　積極采用新技術、新材料、新結構和新工藝。</p><p>　　在采用新技術方面，首先應用電子計算機來進行電機的電磁計算以及磁場、溫度場計算和零部件機械計算。其他像感應電機的單繞組多速繞組和三

17、角形—Y混合聯(lián)接繞組，同步電機的無刷勵磁、靜止半導體勵磁、諧波勵磁和整塊磁極，直流電動機的晶閘管供電和無槽電樞以及雙冷水技術。</p><p>　　在絕緣材料方面，目前在電機生產(chǎn)中，主要采用E、B兩級，F(xiàn)、H級僅在要求較高或特殊用途的電機上應用，但前者正積極地分別向B、F級過渡。隨著材料領域方面的發(fā)展，好的材料也將越來越多，價格也將越來越便宜，電機使用的材料也將越來越好，性能也隨之變好。</p>&

18、lt;p>　　在工藝水平和機械化、自動化程度方面，小型電機的基座與轉(zhuǎn)軸加工、靜電噴漆、總裝試驗等自動線均已采用；級進式?jīng)_模、大型壓鑄機、定子繞組自動下線機、插槽絕緣機、端部整形機、自動繞線機等新設備及真空壓力浸漬、中型感應電機轉(zhuǎn)子導條環(huán)氧粉末涂敷、基座射壓造型等新工藝的應用，也都使工效大大提高，電機質(zhì)量進一步改善。</p><p>　?。ㄈ藴驶⑾盗谢屯ㄓ没潭炔粩嗵岣?lt;/p><

19、p>　　在電機零部件和安裝尺寸、基座號的標準化、系列化、通用化方面也進行了大量工作，形成了自己的體系，還只定了許多國際電工委員會的標準。</p><p>　　積極開展電機理論、測試技術和新型發(fā)電方式的研究</p><p>　　近年來，世界各國對電機繞組、附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、電機冷卻、大型電機的端部磁場、電機測試技術以及超導體技術在電機中的應用等方面開展了一系列研究，取得不少的成果。此

20、外，還對原子能、磁流體、地熱、太陽能、風力和燃氣輪機用于發(fā)電方面進行了一系列試驗研究工作。</p><p>　　（五）機電一體化、智能化</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，機電一體化技術得到長足發(fā)展，同時，各種高新技術也為電機產(chǎn)品注入了新的活力，制造工藝和管理信息化技術通過微電子、計算機、網(wǎng)絡技術的應用，國家政策的鼓勵、各企業(yè)對科技的重視，使新產(chǎn)品開發(fā)的周期逐漸縮短，機電一體化、智能

21、化電機（如交流變頻調(diào)速電機是一種無級調(diào)速傳動系統(tǒng)）應運而生，調(diào)速制造、虛擬制造等先進制造技術推廣應用。我國的電機的技術性能水平與發(fā)達國家的水平相當。</p><p><b>　　1.永磁同步電機</b></p><p>　　近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、新型電機控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電動機得以迅速的推廣應用。</p><

22、p>　　永磁式同步電動機結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點。和異步電動機相比，它由于不需要無功勵磁電流，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、控制性能好；但它與異步電機相比，也有成本高、起動困難等缺點。和普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結構，提高了效率。永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或

23、定位控制，因此永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注。 </p><p>　　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格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，加上永磁電機研究開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應用已有研究成果，使永磁電機在國防、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，

24、稀土永磁電機的單臺容量已超過1000KW，最高轉(zhuǎn)速已超過300000r/min，最低轉(zhuǎn)速低于0.01r/min，最小電機的外徑只有0.8mm，長1.2mm。</p><p>　　我國是盛產(chǎn)永磁材料的國家，特別是稀土永磁材料釹鐵硼資源在我國非常豐富，稀土礦的儲藏量為世界其他各國總和的4倍左右，號稱“稀土王國”。稀土永磁材料和稀土永磁電機的科研水平都達到了國際先進水平。因此，對我國來說，永磁同步電動機有很好的應用前景

25、。充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，大力研究和推廣應用以稀土永磁電機為代表的各種永磁電機，對實現(xiàn)我國社會主義現(xiàn)代化具有重要的理論意義和實用價值。</p><p>　　永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。因此，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在定子上產(chǎn)生的反電動勢波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波。這樣就造成兩種同步電動機在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū)別由它們組成

26、的永磁同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng)，習慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動機(PMSM)調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波(方波)永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動機系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機(BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁路結構不同，則電動機的運行特性、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，永磁同步電動機主要可分為：表面式

27、和內(nèi)置式。在表面式永磁同步電動機中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，這種電機的重要特點是直、交軸的主電感相等；而內(nèi)置式永磁同步電機的永磁體位于轉(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，可以保護永磁體。這種永磁電機的重要特點是直、交軸的主電感不相等。因此，這兩種電機的性能有所不同。</p><p>　　縱觀交流調(diào)速的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，可以看出現(xiàn)代交流調(diào)速技術今后的發(fā)展趨勢和動向。&l

28、t;/p><p>　　以取代直流調(diào)速系統(tǒng)為目標的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進一步研究與開發(fā)。</p><p>　　十年來的實踐表明，矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論的應用尚待隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。各種控制結構所依據(jù)的都是被控對象的數(shù)學模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理適用的控制機構，仍需對交流電動機數(shù)學模型的性質(zhì)、特點及內(nèi)在規(guī)律作深入研究和探討。特別是

29、交流調(diào)速系統(tǒng)的綜合與校正理論及工程設計方法是今后交流調(diào)速系統(tǒng)的重要研究課題。</p><p>　　近幾年來，不依賴電機模型的模糊自尋優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡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、控制技術新的研究發(fā)展方向。取消通過機械連接的測速發(fā)電機及其他測速傳感器，實現(xiàn)無硬件測速傳感器的交流調(diào)速系統(tǒng)一有應用，但是轉(zhuǎn)速推算精度和控制的實時性有待于進一步深入研究與開發(fā)。</p>&

30、lt;p>　　新型拓撲結構功率變換器的研究與開發(fā)。</p><p>　　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)電氣設備誤動作，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技術。具有軟開關功能的諧振變流器在國內(nèi)外都在積極進行研究與開發(fā)。今后幾年內(nèi)串并聯(lián)諧振式變頻器

31、將有商品化的產(chǎn)品推出。</p><p>　　針對交-交變頻器輸出頻率低的缺點，與20世紀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-交變化器結構，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到實用化階段。</p><p>　　PWM模式的改進和進化。</p><p>　　近年來，隨著中壓變頻器的興起，對于電壓

32、空間矢量控制PWM模式進行了改進和優(yōu)化研究，其中為解決三電平中壓變頻器中點電壓偏移問題，研究了電壓矢量合成PWM模式（不產(chǎn)生中點電壓偏移時的電壓長矢量、短矢量、零矢量的組合），已取得了具有實用價值的研究成果；用于級聯(lián)式多電平中壓變頻器的脈沖移相PWM技術已有應用。</p><p>　　中壓變頻裝置（我國稱為高壓變頻裝置）的研究與技術開發(fā)。</p><p>　　中壓是指電壓等級為2300~1

33、0000V，中、大功率是指公率等級在300KW以上。中壓、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)研究與開發(fā)實踐已有20多年了，逐步走上了實際應用階段尤其高壓全控型功率器件產(chǎn)生以來，中壓變頻器的應用趨勢迅速加快了。其中，目前應用較多的是采用IGBT、IGCT三電平中壓變頻器及級聯(lián)式多電平中壓變頻器。當今多電平中壓變頻器已成為交流調(diào)速研究的新領域，是熱點課題之一。</p><p>　　中壓變頻器今后發(fā)展方向和研究課題為：</p&

34、gt;<p>　　裝置安全技術方面有，功率器件串聯(lián)技術，隔離技術，絕緣技術，保護技術，遙控技術及通信技術，電磁兼容技術，諧波抑制技術等。</p><p>　　控制技術方面有，將矢量控制技術、直接轉(zhuǎn)矩控制技術引入中壓變頻器，以及研究開發(fā)使用與中壓變頻器的PWM技術。</p><p>　　中壓變頻技術的發(fā)展受到了電力電子器件耐壓等級不高的限制。當前，美國Cree公司、德國西門子公

35、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耐壓等級可達10KV以上。預計今后10年內(nèi)，碳化硅器件會有突破性的發(fā)展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。</p><p><b>　　本課題研究內(nèi)容</b></p><p>　　本課題主要是研究設計30kw同步電動機。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

36、動機的主要規(guī)格，即：容量，額定相電壓，額定相電流，同步轉(zhuǎn)速。其次，進行電樞繞組的選擇：1.根據(jù)線負荷的范圍,確定繞組的每相串聯(lián)導體數(shù),即:.2.根據(jù)公式確定每槽導體數(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),進行電機參數(shù)的計算.</p>

37、<p>　　本課題的主要計算過程如下：</p><p><b>　　1.主要規(guī)格的確定</b></p><p><b>　　2.主要尺寸的確定</b></p><p><b>　　3.磁場波形的確定</b></p><p>　　4.電樞鐵心及電樞繞組的確定<

38、/p><p><b>　　5.磁路計算</b></p><p><b>　　6.穩(wěn)態(tài)電抗計算</b></p><p><b>　　7.短路比計算</b></p><p><b>　　8.勵磁繞組計算</b></p><p>　　9.短路

39、電流，過載能力及暫態(tài)電抗計算</p><p>　　10.諧波繞組的計算</p><p>　　11.額定負載時的損耗及效率計算</p><p>　　12．主要材料重的計算</p><p><b>　　13．溫升計算</b></p><p><b>　　本課題研究方案</b>&l

40、t;/p><p>　　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)格和每槽導體數(shù),然后算出定子鐵心長度,最后計算出符合國家有關標準和技術要求的電機參數(shù)；方案二：在方案一的基礎上,通過減小每槽導體數(shù),在保持磁密不變的情況下,相應的增加電機鐵心的長度,從而達到減小銅耗,最終達到提高效率的目的.方案三：在方案一的基礎上，通過增加每槽導體數(shù)，減小電機的鐵心長度，從而達到在滿足技術要求的基礎上，節(jié)省

41、材料，主要是節(jié)省硅鋼片的用量的目的。</p><p>　　方案二與方案一主要是通過增加材料耗用來提高效率的目的，方案三與方案一主要是通過犧牲效率來達到節(jié)省材料的目的。采用的方法主要是手算和計算機程序算相結合的方法。</p><p>　　研究目標、主要特色及工作進度</p><p><b>　　1.研究目標：</b></p><

42、;p>　　根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格，技術要求，設計出滿足用戶要求的性能好，體積小，結構簡單，運行可靠的電動機。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。主要研究通過增加材料的耗用來達到提高效率和以犧牲效率來達到節(jié)省材料的目的。</p><p><b>　　2.主要特色：</b></p><p>　　進行電動機的電磁設計時，既釆用手算的方法，又釆用計算

43、機編程的方法進行計算。本課題研究了三個方案，方案一為折中方案，在滿足技術要求的基礎上設計的方案。方案二，為效率最高方案，在滿足技術要求的基礎上使電機的效率的達到最高。方案三，為材料最省方案，在滿足技術要求的基礎上使電機的所用材料最省。方案齊全便于用戶選用，且對三個方案進行了詳細的研究，并做出了分析比較。</p><p>　　本課題的另一重要特色，是指在定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片尺寸給定的情況下，設計出用戶所要求功率的電動

44、機，這有利于產(chǎn)品的標準化生產(chǎn)。同時還可以避免由于不同功率的電機使用不同的定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片尺寸所造成重新設計模具的浪費，可以提高所生產(chǎn)的電機的經(jīng)濟性。</p><p><b>　　3. 工作進度：</b></p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　[1]．《電機設計》 陳世坤編 機械工業(yè)

45、出版社 </p><p>　　[2]．《電機學》 李發(fā)海等合編 科學出版社 </p><p>　　[3]. 《電機學》 辜承林 陳橋夫 熊永前 華中科技大學出版社</p><p>　　[4]．《AUTOCAD2004 入門與提高》 張躍峰等編 清華大學出版社</p><p>　　[5].上海電器科學研究所《中小型電機手

46、冊》編寫組.中小型電機設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[6].徐廣人,唐任遠,安忠良. 永磁同步電動機氣隙磁場分析[J]沈陽電力高等專科學校學報, 2001,(02) .</p><p>　　[7].李燁,嚴欣平. 永磁同步電動機伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及應用前景[J]微電機(伺服技術), 2001,(04) </p><p>　　密級：

47、 </p><p>　　學 士 學 位 論 文</p><p>　　THESIS OF BACHELOR</p><p>　　（2004—2008年）</p><p>　　題 目 30kw-4極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制 系統(tǒng)的設計 </p><p>　　學 院： 信息工

48、程學院 系 電氣工程及其自動化 </p><p>　　專業(yè)班級： 電機電器061班 </p><p>　　學生姓名： *** 學號： *** </p><p>　　指導教師： *** 職稱： 教授 </p><p>　　起訖日期：

49、 2010.3.13 ~ 2010.6.9 </p><p>　　30kw-4極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　專業(yè)：電氣工程及其自動化 學號：*** </p><p>　　學生姓名：*** 指導老師：***</p><p><b

50、>　　摘要</b></p><p>　　本文從同步電動機電磁設計的基本理論和特性入手，簡單的介紹了同步電機的基本特點、型號、用途、工作特性，主要結構，技術指標等，這些都是為同步電機電磁設計做準備的。電機設計是個復雜的過程，在電機計算中我花去了大量的時間，在數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇上做了多次的調(diào)整，得到相對比較接近的數(shù)據(jù)。所以應該全方面的看待問題，在計算中上下連接，在一切都符合技術指標要求的前提下作。在本次

51、設計的三個方案中，在滿足效率的前提下,根據(jù)不同的設計目標分別設計出一臺重量輕和最省材料的同步發(fā)電機以及一臺節(jié)省能源效率最高的同步發(fā)電機。第一套方案是選定各項數(shù)據(jù)按照計算程序來初步設計一臺電機，使其符合同步發(fā)電機的效率、溫升等要求，第二套方案是在方案1的基礎上重新選擇數(shù)據(jù)使同步發(fā)電機的效率和溫升達到最佳，最后一套方案是在方案2的基礎上再想辦法使同步發(fā)電機的使用材料最節(jié)省。經(jīng)過設計發(fā)現(xiàn):一臺最省材料的電機往往不是效率最高而效率最高的電機所用

52、的材料卻是最多的。因此，在實際的電機設計中必須全面照顧，綜合考慮,最后得到一個既省材料效率又高的最優(yōu)方案。同時對控制回路的設計。</p><p>　　通過這三個方案，使我更深入了解了同步電機設計的步驟和方法，同時對CAD軟件的應用，制圖等的一系列的細節(jié)操作更加熟練。</p><p>　　關鍵詞：同步電機、設計、CAD、變頻調(diào)速、控制回路</p><p>　　30kw

53、-4 pole synchronous motor electromagnetic frequency control scheme</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design from the synchronous motor electromagnetic characteristics of the bas

54、ic theory and start with a simple introduction to the basic characteristics of synchronous motors, model, use, work characteristics, primary structure, technical indicators, which are designed for the synchronous motor e

55、lectromagnetic preparation. 電機設計是個復雜的過程，在電機計算中我花去了大量的時間，在數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇上做了多次的調(diào)整，得到相對比較接近的數(shù)據(jù)。 Motor design is a complex process, the calculation in the motor I have spent a lot of time, the choice of paramet</p><p>

56、　　通過這三個方案，使我更深入了解了同步電機設計的步驟和方法，同時對 CAD 軟件的應用，制圖等的一系列的細節(jié)操作更加熟練。 Through these three programs, made me a better understanding of the synchronous motor design steps and methods, while the application of CAD software, graphi

57、cs and other details of operation of a range of more skilled. </p><p>　　Keywords: synchronous motor, design, CAD, frequency control, control loop</p><p><b>　　目 錄</b></p><

58、;p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractI</p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　第一章 同步電機概論1</p><p>　　1.1同步電機基本特點1</p><p>　　1.2同步電機主要類型和用途

59、2</p><p>　　1.3主要結構部件4</p><p>　　1.4同步電機型號和額定值5</p><p>　　第二章同步電機的工作特性6</p><p>　　2.1 同步電機的工作原理6</p><p>　　2.2同步電機的基本電磁關系7</p><p>　　2.3同步電機對稱

60、負載時的電樞反應8</p><p>　　2.4同步電動機的運行特性9</p><p>　　第三章 同步電動機電磁設計基本理論11</p><p>　　3.1總體設計內(nèi)容11</p><p>　　3.2電機設計中對參數(shù)影響的因素11</p><p>　　3.3 基本尺寸的確定14</p>&

61、lt;p>　　3.4電機設計的一般過程14</p><p>　　3.5 結構設計18</p><p>　　第四章 電磁設計方案計算19</p><p>　　4.1 計算思路19</p><p>　　4.2 計算步驟20</p><p>　　第五章 電磁設計結果及分析40</p>

62、<p>　　5.1數(shù)據(jù)對比40</p><p>　　5.1.1 基本數(shù)據(jù)40</p><p>　　5.1.2材料用量40</p><p>　　5.1.3損耗和效率41</p><p>　　5.1.4電磁負荷41</p><p>　　5.1.5電機參數(shù)42</p><p>　

63、　5.2結果分析42</p><p>　　第六章 AUTO CAD 2006繪圖43</p><p>　　6.1定子沖片圖44</p><p>　　6.2 轉(zhuǎn)子沖片圖45</p><p>　　6.3 繞線圖45</p><p>　　第七章變頻調(diào)速及其硬件設計47</p><p>

64、　　第八章控制回路設計48</p><p>　　第九章 論文總結53</p><p><b>　　參考文獻54</b></p><p><b>　　致 謝55</b></p><p>　　外文資料原文及譯文56</p><p>　　30kw-4極變頻調(diào)速同步電

65、動機的電磁方案及控制系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　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、遠距離傳輸和自動控制。人類對能量利用和控制的能力決定著社會的生產(chǎn)潛能，從而又影響著人類生活方式的進步。</p><p>　　將電能從最初的能源形式轉(zhuǎn)化過來的重要橋梁

66、，又是再將大部分電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。電機的歷史可追溯到1831年邁克爾·法拉第發(fā)明的盤式電機，這事一種真正的直流電機。同步電機和感應電機一樣是一種常用的交流電機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同。</p><p>　　同步電動機是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的交流電動機。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對數(shù)p、電源頻率f之間滿足n=f/p。轉(zhuǎn)速n決定于電源頻率f，故電源頻率一定時，轉(zhuǎn)速不變，且與負載無關。具有

67、運行穩(wěn)定性高和過載能力大等特點。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)和大型設備(如軋鋼機)等。</p><p>　　同步電動機是屬于交流電機，定子繞組與異步電動機相同。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一樣的，所以稱為同步電動機。正由于這樣，同步電動機的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動機是一個容性負載。為此，在很多時候，同步電動機是用以改進供電系統(tǒng)的功率因數(shù)的。</p>&

68、lt;p>　　第一章 同步電機概論</p><p>　　1.1同步電機基本特點</p><p>　　同步電機和感應電機一樣是一種常用的交流電機。其特點是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間又不變得關系n==60f/p，成為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負載的大小無關。與異步電機相比,同步電動機有其獨特的優(yōu)點：</p><p>

69、　　穩(wěn)定運行時轉(zhuǎn)速恒定(同步速)，只與電源頻率有關，不隨負載和電壓的變化而變化；</p><p>　　運行穩(wěn)定性好，具有較強的過載能力；</p><p>　　功率因數(shù)較高，因為同步電動機可以通過調(diào)節(jié)其勵磁電流提高功率因數(shù)，可在功率因數(shù)為1的狀態(tài)下運行；還能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，即在領先的功率因數(shù)下運行；</p><p>　　運行效率高，低速運行時尤為明顯；對于大容量電

70、動機，同步電動機體積反而比異步電動機?。?lt;/p><p>　　隨著電力電子技術與控制技術的進步和發(fā)展，同步電動機也能實現(xiàn)變頻調(diào)速，在大容量電力拖動場合，同步電動機的控制性能優(yōu)于異步電動機。</p><p>　　1.2同步電機主要類型和用途</p><p>　　同步電機的分類有多種。如按用途分，有發(fā)電機、電動機和調(diào)相機。按結構形式分，有旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。前者

71、在小容量同步電機中得到某些應用，后者廣泛用于高電壓、中大容量的同步電機，并成為同步電機的基本結構形式。</p><p>　　在旋轉(zhuǎn)磁極式中，按磁極形狀又可分為隱極同步電機和凸極同步電機兩種。隱極同步電機的氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子成圓柱形；凸極同步電機的氣隙是不均勻的，極弧范圍氣隙較小，極間部分氣隙較大。</p><p>　　按打點機的原動機來分，有汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和內(nèi)燃機拖動的發(fā)電機，拖動

72、他們的原動機分別為汽輪機、水輪機和柴油機等。由于汽輪機是告訴的原動機，故火電站中的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一般做成二級隱極式。水輪機是低速原動機，所以水輪發(fā)電機一般都做成凸極機。由內(nèi)燃機拖動的同步發(fā)電機、同步電動機和同步調(diào)相機一般都做成凸極式。還可按通風方式、冷卻方式及電動機帶動的負載形狀來進行分類。</p><p>　　通常,同步電機的主要類型有：</p><p>　　１．汽輪發(fā)電機 　　定子大

73、體上與異步電機相同，定子鐵心由0.35mm,0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成。定子外徑較小時，采用圓形沖片，當定子外徑大于1m 時，采用扇形沖片。定子鐵心固定在機座上，機座常由鋼板焊接而成，它必須有足夠的強度和剛度，同時還必須滿足通風和散熱的需要。汽輪發(fā)電機的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣強度，一般采用 B 級或 F 級絕緣。 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，其外形常做成一個細長的圓柱體。轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上銑有許

74、多槽，勵磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。 勵磁繞組為同心式繞組，以銅線繞制，并用不導磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)</p><p><b>　?。玻啺l(fā)電機　</b></p><p>　　水輪發(fā)電機的特點是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。水輪發(fā)電機的直徑很大，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

75、向通風溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為1～2mm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成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接。</p><p><b>　?。常行⌒屯诫姍C</b></p><p>　

76、　中小型同步電機，是指容量在幾十、幾百到幾千kw的同步電機，它們可以作為發(fā)電機、電動機或補償機運行，從結構上來看，它們之間的差別不大。</p><p>　　中小型同步電機多做成臥式的。定子鐵心也是由硅鋼片疊裝成的。當鐵心外徑小于１m時骼整圓沖片，大于1m時，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。</p><p>　　中小型電機

77、的轉(zhuǎn)子多做成凸極式的，勵磁饒組除了幾十kＷ以下的，都采用扁銅線邊繞而成。在容量較大的電機里，磁軛仍用鋼板沖成的扇形片疊成；在小容量或高速電機里多用鑄鋼鑄成。</p><p>　　只有幾kw的同步電機，有時把磁極放在定子上，電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上，用三個集電環(huán)把三相交流電從轉(zhuǎn)子引出來。它的優(yōu)點是可以提高硅鋼片的有效利用率，并把定子磁軛和機座合二為一，以節(jié)省鋼材。</p><p>　　中小型同步電

78、機的轉(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：滑動軸承與滾動軸承。</p><p>　　同步電機的主要用途有:</p><p>　　同步電機主要用來作為發(fā)電機運行，現(xiàn)代社會中使用的交流電能，幾乎全由同步發(fā)電機產(chǎn)生?！　⊥诫姍C還可以作為電動機使用，對不要求調(diào)速的大功率生產(chǎn)機械，常用同步電動機來驅(qū)動。同步電動機可以通過調(diào)節(jié)礪磁來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。</p>

79、;<p>　　此外，同步電機還可以人微言輕同步補償機使用，它實際上是一臺按在交流電網(wǎng)上空轉(zhuǎn)的同步電動機，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)對無功功率的要求。</p><p>　　近十多年來，由于電力電子技術的發(fā)展，將變頻器和同步電動機聯(lián)合起來，組成了無換向器的電動機，它沒有直流電機的機械換向器，用電子換向來代替，可以得到與直流電機同樣的性能，而且可以做到比直流電機容量更大，電壓和轉(zhuǎn)速更記

80、，在工業(yè)上開辟了新的用途。</p><p><b>　　1.3主要結構部件</b></p><p>　　同步電動機的定子與異步電動機的定子結構基本相同，由機座、定子鐵芯、電樞繞組等組成。      于大型同步電動機，由于尺寸太大，硅鋼片常制成扇形，然后對成圓形。同步電動機的轉(zhuǎn)子  &

81、#160;   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)通入直流電勵磁，產(chǎn)固定磁極。      根據(jù)容量大小和轉(zhuǎn)速高低轉(zhuǎn)子結構分凸極和隱極兩種。凸極特點：      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，極對數(shù)p≥3的電動機。隱極特

82、點：      氣隙均勻，無明顯的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯長細，適用于轉(zhuǎn)速高于1500r/min，極對數(shù)p≤2的電動機。</p><p>　　圖1直線同步電動機的結構示意圖</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　同步電動機的定子由機座、定子鐵心和電樞繞組等組成。機座是支

83、承部件，其作用是固定定子鐵心和電樞繞組，大型同步電動機的機座都采用鋼板焊接結構；定子鐵心是構成磁路的部件，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，每段之間有通風槽片，以形成徑向通風；大型同步電動機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

84、用端箍固定在機座上，其目的是防止電機起動和沖擊大電流產(chǎn)生的巨大的電動力造成線圈的振動和變形?！　⊥诫妱訖C的轉(zhuǎn)子結構根據(jù)轉(zhuǎn)速高低和容量大小分為凸極式和隱極式兩種。一般同步電動機多采用凸極式轉(zhuǎn)子，而高速運行的同步電動機則采用隱極式。 </p><p>　　凸極同步電動機轉(zhuǎn)子通常由轉(zhuǎn)軸、磁極、磁軛、阻尼繞組和滑環(huán)等組成。</p><p>　　轉(zhuǎn)軸是支承轉(zhuǎn)子和

85、輸出轉(zhuǎn)矩的部件，一般由鍛造的優(yōu)質(zhì)結構鋼加工而成；磁極是建立轉(zhuǎn)子磁場的部件，它由磁極鐵心、勵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、1．5mm低碳鋼板，除疊片磁極外，還可采用實心磁極，其極身和極靴巾鍛鋼或鑄鋼制成，實心磁極具有良好的機械強度和起動性能，可省去阻尼繞組；磁極卜套有勵磁線圈，各磁極上線圈按一定方式連接起來構成勵磁繞組，在勵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4-8m

86、m鋼板沖片疊成，也有用整體鍛鋼加上而成，磁軛的另一個作用是固定磁極，其外表面有鴿尾槽，用于固定磁極并使磁極準確定位；阻尼繞組的作用一是對磁鏈變化起阻尼作用，二是同步電動機以異步方式起動時作起動繞組(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?！　‰[極同步電動機轉(zhuǎn)子為圓柱體，勵磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，隱極式同步電動機的空氣隙是均勻的。　　同

87、步電動機滑環(huán)的作用是給轉(zhuǎn)子勵磁繞組通人直流勵磁電流，有一個滑環(huán)為正極，另一個為負極，滑環(huán)的材質(zhì)多為鍛鋼。</p><p>　　1.4同步電機型號和額定值</p><p>　　1.型號 例如： W6-30KW-4</p><p><b>　　極數(shù)</b></p><p><b>　　額定容量30KW</

88、b></p><p><b>　　2.額定值</b></p><p>　　同步電動機的主要額定數(shù)據(jù)為：額定容量：指電動機軸上輸出的有功功率，單位：kw額定電壓：指定子三相繞組上的線電壓，單位：V；額定電流：指電動機額定運行時，流過定子繞組的線電流，單位：A；額定轉(zhuǎn)速： 指電動機額定運行時的同步轉(zhuǎn)速，單位：r/min；額定功率因數(shù)：指電動機額定運行時的功

89、率因數(shù)；額定頻率：指電動機額定運行規(guī)定的頻率，單位：Hz額定效率：指電動機額定運行時的效率；額定勵磁電壓：指電動機額定運行時的勵磁電壓，單位：V額定勵磁電流：指電動機額定運行時的勵磁電流，單位：A</p><p>　　3.額定值之間的關系：</p><p><b>　　同步電機的工作特性</b></p><p>　　長期以來，人們認為通

90、過調(diào)節(jié)功率因數(shù)，可以改善電機的運行特性。本章在敘述了電機原理、繼承了前人成果的基礎上，建立了數(shù)學模型并作了相應推導。 </p><p>　　2.1 同步電機的工作原理</p><p>　　磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。 載流導體：三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體。 切割運動：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

91、（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場）。 交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。 交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。</p><p>

92、;　　2.2同步電機的基本電磁關系</p><p>　　1．同步發(fā)電機的空載運行</p><p>　　發(fā)電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行空載運行是同步發(fā)電機最簡單的運行方式,其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢 (勵磁磁勢)單獨建立,稱勵磁磁場. 此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流感生出的空載電動勢 (三相對稱)，其大小隨的增大而增加。但是，由于電機磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。反映空

93、載電動勢與勵磁電流關系的曲線稱為同步發(fā)電機的空載特性。一,空載氣隙磁場 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，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，參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。 2．漏磁通：除外的所有諧波成分，及勵磁磁場中僅與轉(zhuǎn)子勵磁繞組交鏈而不與定子交鏈的磁通，漏磁通不參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換二,空載特性 = f()或 = f() 1．空載運

94、行時， 勵磁電勢隨勵磁電流變化的關系，稱為同步發(fā)電機的空載特性。轉(zhuǎn)子同步速為n1。三相基波電勢有效值為=4.44fNkN1 0 。 　2．= f()：改變If，可改變 0及，由此得空載特性曲線。</p><p>　　空載特性與電機磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律：勵磁電流較小時，由于磁通較小，電機磁路沒有飽和，空載特性呈直線(將其延長后的射線稱氣隙線)，E0 隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進

95、入飽和段。為合理利用材料，空載額定電壓一般設計在空載特性的彎曲處。 3．空載特性可以通過計算或試驗得到.試驗測定的方法與直流發(fā)電機類似，同步電機的空載特性也常用標么值表示，空載電勢以額定電壓為基值，此時的勵磁電流 (稱為額定勵磁電流)為勵磁電流的基值。用標么值表示的空載特性具有典型性，不論電機容量的大小，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)電機理論中有著重要作用:</p><p&g

96、t;　　空載特性結合短路特性(在后面介紹 )可以求取同步電機的參數(shù)；</p><p>　　根據(jù)設計好的電機的空載特性,可判斷該電機的磁路是否過于飽和或者材料是否充分利用；</p><p>　　發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。</p><p>　　5．飽和系數(shù)； 飽和電機中一定時，氣隙線上的橫坐標為氣隙磁動勢空載特性上的橫坐標為為勵磁磁

97、動勢。飽和系數(shù)k =勵磁磁動勢/氣隙磁動勢=ac/ab= /。</p><p>　　2.3同步電機對稱負載時的電樞反應</p><p>　　同步電機帶上負載后，定子三相對稱繞組中流過三相對稱電流，定子繞組會產(chǎn)生一個磁動勢，簡稱電樞磁動勢，它改變了電機空載運行時單獨由勵磁磁動勢產(chǎn)生氣隙磁通的情況，這時將由勵磁磁動勢和電樞磁動勢合成一個總磁動勢來產(chǎn)生氣隙磁通，在定子繞組中感應電動勢。電樞磁

98、動勢對勵磁磁動勢的影響就叫做電樞反應。 </p><p><b>　　1.空載: </b></p><p>　　負載：---對的影響，成為電樞反應。</p><p>　　2.和性質(zhì)比較：①均是幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢；</p><p>　?、诰请A梯波，基波為正弦波；</p><p><b>

99、;　?、坜D(zhuǎn)速為n1。</b></p><p>　　結論：和在空間相對靜止。</p><p><b>　　3.幾個概念</b></p><p>　?、賰?nèi)功率因數(shù)角Ψ：空載電動勢E0和電樞電流Ia之間的夾角，與電機本身參數(shù)和負載性質(zhì)有關；</p><p>　?、谕夤β室驍?shù)角φ：與負載性質(zhì)有關；</p>

100、<p>　?、酃β式牵ü牵│模篍0和U之間的夾角；且有Ψ=φ+δ（電感性負載）</p><p>　　④直軸（d軸）：主磁極軸線（縱軸）；</p><p>　　⑤交軸（q軸）：轉(zhuǎn)子相臨磁極軸線間的中心線為交軸（橫軸）</p><p>　　當Ψ為不同值的電樞反應性質(zhì)：</p><p>　　2.4同步電動機的運行特性</p&g

101、t;<p>　　表征同步電動機性能的主要是空載特性和負載運行特性。這些特性是用戶選用發(fā)電機的重要依據(jù)。</p><p>　　空載特性 　發(fā)電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0(三相對稱)，其大小隨If的增大而增加。但是，由于電機磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比(圖1)。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關系的曲線稱為同步發(fā)電機的空

102、載特性。</p><p>　　電樞反應 　當發(fā)電機接上對稱負載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　同步發(fā)電機的電樞反應磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認為都按正弦規(guī)律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動勢E0與電樞電流I之間的時間相位差。電樞反應磁場還與負載情況有關。當發(fā)電機的負載為電感性時，電樞反應

103、磁場起去磁作用，會導致發(fā)電機的電壓降低;當負載呈電容性時,電樞反應磁場起助磁作用,會使發(fā)電機的輸出電壓升高。</p><p>　　負載運行特性 　主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負載功率因數(shù)為常數(shù)時，發(fā)電機端電壓U與負載電流I之間的關系,如圖2所示。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負載功率因數(shù)為常數(shù)時,勵磁電流If與負載電流I之間的關系，如圖3所示。圖2中還顯示出電阻性、電容性和電感性3

104、種負載的情況。由于電樞反應磁場影響的不同，三者的曲線也不一樣。在外特性中，從空載到額定負載時電壓的變化程度稱為電壓變化率△U，常用百分數(shù)表示為</p><p>　　同步發(fā)電機的電壓變化率約為20～40%。一般工業(yè)和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負載電流的增大,必須相應地調(diào)整勵磁電流。圖3所示為 3種不同性質(zhì)負載下的調(diào)整特性。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負載，它是上升的，而

105、在容性負載下，一般是下降的。</p><p>　　2.6 同步電動機運行特性</p><p>　　1.電動機的基本方程式和相量圖</p><p>　　方程式：發(fā)電機慣例：隱極機：</p><p>　　電動機慣例：隱極機：</p><p><b>　　凸極機：</b></p><

106、;p>　　2.功角特性：凸極機：</p><p><b>　　隱極機：</b></p><p><b>　　3.功率平衡：</b></p><p>　　4.三種激磁狀態(tài)：①正常激磁狀態(tài)：與同相，，吸有功P，Q=0；②過激運行狀態(tài)：超前，吸有功P，吸容性Q（發(fā)感性Q）； </p><p>　?、?/p>

107、欠激運行狀態(tài)：滯后，吸有功P，吸感性Q（發(fā)容性Q）；</p><p>　　結論：同步電動機最可貴的優(yōu)點：調(diào)If可改變它的無功輸出。</p><p>　　第三章 同步電動機電磁設計基本理論</p><p><b>　　3.1總體設計內(nèi)容</b></p><p><b>　?。?）準備階段</b>&

108、lt;/p><p>　　首先是熟悉國家標準，收集相近電機的產(chǎn)品樣本（或樣機）和技術資料（包括試驗數(shù)據(jù)），并聽取生產(chǎn)和使用單位的意見與要求；然后在國家標準有關規(guī)定及分析相應資料的基礎上，編制技術任務書或技術建議書。</p><p><b>　?。?）電磁設計</b></p><p>　　本階段的任務是根據(jù)技術條件或技術任務書（技術建議書）的規(guī)定，參照

109、生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過計算和方案比較，來確定與所設計電機電磁性能有關的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關材料，并核算其電磁性能。</p><p><b>　?。?）結構設計</b></p><p>　　結構設計的任務是確定電機的機械結構、零部件尺寸、加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機械計算及通風和溫升計算。</p><p>　　通常，首先根據(jù)技術條件或

110、技術任務書（技術建議書）中規(guī)定的防護型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算中所選負荷的高低，來選取合適的通風冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結構，繪制總裝配草圖。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對總裝配草圖進行必要的修改。</p><p>　　3.2電機設計中對參數(shù)影響的因素 </p><p>　　1、 性能指標