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

1、 題 目 20kw-4極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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，至少每兩周交指導(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)位論文成冊的主要內(nèi)容之一。1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和基本要求 （一） 主要內(nèi)容 1.分析同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行原理 2 闡述同步電動機(jī)的設(shè)

2、計(jì)思路 3 進(jìn)行20kw-4極同步電動機(jī)設(shè)計(jì)，給出三套電磁設(shè)計(jì)方案 4三套電磁方案的比較分析 5設(shè)計(jì)電機(jī)的定子沖片、轉(zhuǎn)子沖片、定轉(zhuǎn)子繞組，并給出設(shè)計(jì)圖紙 1、技術(shù)要求：額定功率: 20kw 額定電壓: 400v相 數(shù)：三相y接法 額定功率因數(shù)：0.95額定轉(zhuǎn)速：1500r/min 額定頻率：50hz 效率：88.5% 定子槽滿率：80 85% 2、原始數(shù)據(jù)： 定子外徑 ：30 定子內(nèi)徑：20.93定子槽數(shù) ：36 氣隙長度：0.0853、參考數(shù)據(jù)定子繞組電密：7 9.5a/mm2 氣隙磁密：0.73 0.88t（4極） 0.7 0.75t（6極）4、設(shè)計(jì)要求： 根據(jù)原始數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一臺符

3、合技術(shù)要求的同步電動機(jī)，并給出三個 方案，分析 電機(jī)的材料利用率與效率的關(guān)系，掌握設(shè)計(jì)節(jié)能電機(jī)和節(jié)約材料電機(jī)的方法，并設(shè)計(jì)交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的高性能運(yùn)行。2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容及張數(shù) 1、定子沖片圖 1張 2、轉(zhuǎn)子沖片圖 1張 3、繞組聯(lián)接圖 1張三、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的軟硬件的名稱、內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)（例如：軟件、電路板、機(jī)電裝置、新材料、新制劑、結(jié)構(gòu)模型或其他）軟件：cad、matlab四、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃序號各階段工作內(nèi)容起訖日期實(shí)施地點(diǎn)1畢業(yè)實(shí)習(xí)第一周第三周2論文的開題報(bào)告第四周第五周3復(fù)算電機(jī)的各種參數(shù)第六周第九周4上機(jī)設(shè)計(jì)三個優(yōu)化方案第十周第十二周5用autocad制圖第

4、十二周第十三周6寫畢業(yè)論文第十四周第十五周7論文答辯第十五周第十六周5、 主要參考資料1電機(jī)設(shè)計(jì) 陳世坤編 機(jī)械工業(yè)出版社 2電機(jī)學(xué) 李發(fā)海等合編 科學(xué)出版社 3. 電機(jī)學(xué) 戴文進(jìn) 徐龍權(quán) 清華大學(xué)出版社4交流電機(jī)及系統(tǒng)的分析 高景德 李發(fā)海 清華大學(xué)出版社5.電機(jī)與電力拖動 邱阿瑞 電子工業(yè)出版社6.交流調(diào)速控制系統(tǒng) 李德華 電子工業(yè)出版社六、畢業(yè)設(shè)計(jì)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

5、日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第七、八周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第九、十周（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日第十一周至畢業(yè)設(shè)計(jì)工作結(jié)束（ 月 日至 月 日）學(xué)生主要工作：指導(dǎo)教師審查意見：簽名： 年 月 日七、其他（學(xué)生提交）1開題報(bào)告1份 2外文資料譯文1份（2000字以上，并附資料原文） 3論文1份（8000字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科組負(fù)責(zé)人： 學(xué)生開始執(zhí)行 任務(wù)書日期： 學(xué)生姓名： 送交畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目：20kw-4極電勵磁同

6、步電動機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、 選題的依據(jù)及意義在用電系統(tǒng)中，電動機(jī)作為主要的動力設(shè)備而廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及社會生活等各個方面。電動機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的60%70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。根據(jù)采用的電流制式不同，電動機(jī)分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類，其中交流電動機(jī)擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動機(jī)加以利用的。交流電動機(jī)的誕生和發(fā)展已有一百多年的歷史，至今已研究、制造了形式多樣、用途各異的各種容量、各種品種的交流電動機(jī)。交流電動機(jī)分為同步電動機(jī)和異步異步電動機(jī)兩大類。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即是同步電動機(jī)；反之，若不保持

7、這種關(guān)系，即是異步電動機(jī)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，交流電動機(jī)用電量占電機(jī)中用電量的85%左右，可見交流電動機(jī)應(yīng)用的廣泛性及其在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。眾所周知，直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵磁電流的恒定，可用改變電樞電業(yè)的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。因此，長期以來的變速傳動領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，由于直流電動機(jī)本身結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械式換向器和電刷這一致命弱點(diǎn)，這給直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用帶來了一系列限制，即：機(jī)械式換向器表面的線速度及換向電流、電壓有一極限

8、容許值，這就限制了單機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率。如要超過極限容許值，則大大加大電機(jī)制造的成本和難度，以及調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，對一些要求特高轉(zhuǎn)速、特大功率的場合則根本無法采用直流調(diào)速方案。為了使機(jī)械換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很大。對于快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方式難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)械換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換。這就表明了直流調(diào)速系統(tǒng)維檢工作量大，維修費(fèi)用高，同時(shí)停機(jī)檢修的更換電刷也直接影響了正常生產(chǎn)。在一些易燃易爆的場合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場合不能或不宜使用直流電動機(jī)。由于直流電動機(jī)在應(yīng)用中存在著這樣的一些限制，使得直流調(diào)速系

9、統(tǒng)的應(yīng)用也相應(yīng)受到了局限。交流電機(jī)有兩種：異步電機(jī)和同步電機(jī)。同步電機(jī)主要作發(fā)電機(jī)用，電力系統(tǒng)中的電能幾乎全是通過同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的；但同步電機(jī)也作電動機(jī)適用，如應(yīng)用于某些大型生產(chǎn)機(jī)械的拖動系統(tǒng)中，其功率達(dá)數(shù)百或數(shù)千千瓦。同步電動機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速恒定（同步速），只與電源頻率有關(guān)，不隨負(fù)載和電壓的變化而變化；運(yùn)行穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的過載能力；功率因數(shù)較高，因?yàn)橥诫妱訖C(jī)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(yùn)行；還能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，即在領(lǐng)先的功率因數(shù)下運(yùn)行；運(yùn)行效率高，低速運(yùn)行時(shí)尤為明顯；對于大容量電動機(jī)，同步電動機(jī)體積反而比異步電動機(jī)??；隨著電力電子技術(shù)

10、與控制技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，同步電動機(jī)也能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，在大容量電力拖動場合，同步電動機(jī)的控制性能優(yōu)于異步電動機(jī)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，同步電動機(jī)歷來只能恒速運(yùn)行的狀況已被改變，同步電動機(jī)和一部電動機(jī)一樣都能調(diào)速，過去阻礙同步電動機(jī)廣泛應(yīng)用的起動、振蕩和失步等問題已經(jīng)得到解決。同步電動機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，其功率覆蓋面大，從數(shù)瓦德微型同步電動機(jī)到數(shù)千瓦的大型同步電動機(jī)。超大型抽水蓄能電動發(fā)電機(jī)的變頻起動也屬于同步電動機(jī)變頻調(diào)速之列。同步電動機(jī)變頻調(diào)速的基本原理和方法以及所用的變頻裝置都和異步電動機(jī)變頻調(diào)速大體相同。但是，同步電動機(jī)變頻調(diào)速也有其獨(dú)自的一些優(yōu)點(diǎn)。同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速與電源的基波頻

11、率之間保持著嚴(yán)格的同步關(guān)系 數(shù)中p為電動機(jī)的極對數(shù)。從式中看出，只要精確地控制變頻電源的基波頻率就能準(zhǔn)確地控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。同步電動機(jī)可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁來調(diào)節(jié)電機(jī)的功率因數(shù)，這對于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)有利。若電動機(jī)運(yùn)行在=1的狀態(tài)下，電機(jī)的電樞電流最小，變頻器容量可減小。同步電動機(jī)對負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動具有較強(qiáng)承受能力，這是因?yàn)橹灰诫妱訖C(jī)的公角作適當(dāng)變化就能改變電磁轉(zhuǎn)矩，而轉(zhuǎn)速始終維持在原同步速不變。同時(shí)，轉(zhuǎn)動部分的慣性不會影響同步電動機(jī)對轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。因此，同步電動機(jī)比較適合于要求對負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化作出快速反應(yīng)的交流調(diào)速系中。同步電動機(jī)在低頻時(shí)也能運(yùn)行，因?yàn)樗軓霓D(zhuǎn)子進(jìn)行勵磁以建立必要的磁場，故它

12、的調(diào)速范圍比較寬。 在同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，從電動機(jī)的輸入頻率看，有兩種：一為頻率他控式，二為頻率自控式。所謂頻率他控式是指，給同步電動機(jī)供電的變頻器的輸出頻率是由轉(zhuǎn)速給定信號決定的。這種調(diào)速系統(tǒng)一般多采用開環(huán)控制，因此，像接在工頻電網(wǎng)上運(yùn)行的同步電動機(jī)一樣，存在著轉(zhuǎn)子振蕩及失步等問題。他控式恒壓頻比的同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)目前多用于小容量場合，例如永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)。頻率自控式則不然，變頻器的輸出頻率不是隨意由外部給定的，而是由電動機(jī)本身轉(zhuǎn)速決定的。這樣一來，就不存在轉(zhuǎn)子失步問題，即永遠(yuǎn)同步運(yùn)行。實(shí)際上，只要在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝了磁極位置檢測器，使其輸出信號與電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電動勢的頻

13、率同步，就可實(shí)現(xiàn)頻率自控。自控式同步電機(jī)又可分為兩種類型。（1）負(fù)載換相自控式同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路長采用交-直-交電流型變頻器，利用同步電動機(jī)電流超前電壓的特點(diǎn)，使逆變器的晶閘管工作在自然換向狀態(tài)。國際上簡稱這種系統(tǒng)為lci（load commutated inverter）。目前這種調(diào)速系統(tǒng)容量已達(dá)到數(shù)萬千伏安，電壓等級達(dá)到萬伏以上。值得注意的是這種超大容量的系統(tǒng)所用同步電動機(jī)滑環(huán)式勵磁系統(tǒng)已改用無刷勵磁機(jī)系統(tǒng)。（2）交-交變頻供電的同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交-交變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的逆變器采用交-交循環(huán)變流結(jié)構(gòu)，由晶閘管組成，提供頻率可變的三相正弦電流給同步電動機(jī)。采用矢量控制后，這種系統(tǒng)

14、具有優(yōu)良的動態(tài)性能，廣泛用于軋鋼機(jī)主傳動調(diào)速中。交-交變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容量可以做到很大，達(dá)到10000kva以上。但是調(diào)頻范圍最高達(dá)到20hz（工頻為50hz），這是這種調(diào)速系統(tǒng)的不足之處。 自控式同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，其結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、耐用，且維護(hù)工作量小。近些年來，矢量控制技術(shù)的成熟，使高性能自控式同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有很強(qiáng)的競爭力。對某些不要求調(diào)速的大型機(jī)械負(fù)載（功率在一萬乃至幾千萬千瓦），如鋼廠煉鐵高爐用鼓風(fēng)機(jī)，采用功率因數(shù)可調(diào)的同步電動機(jī)拖動較為合適。大容量同步電動機(jī)的另一個用途是作為抽水蓄能機(jī)組。在抽水蓄能電站中，機(jī)組（包括水力機(jī)械與同步電機(jī)）的運(yùn)行工況時(shí)可逆

15、的。當(dāng)電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)，要求水輪機(jī)拖動電動機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，于是水庫里的水流入下水庫貯存。待低谷負(fù)荷時(shí)，機(jī)組中的電機(jī)作電動機(jī)拖動水泵運(yùn)行，再把下水庫里的水抽到上水庫，如此循環(huán)工作。大容量不調(diào)速同步電動機(jī)，存在啟動困難的問題。如在啟動過程中變成自控式同步電動機(jī)方式，則可以實(shí)現(xiàn)軟啟動，且啟動電流小，啟動平穩(wěn)。由于僅在啟動過程中作自控式同步電動機(jī)運(yùn)行，變頻裝置的容量相對電機(jī)來說要小的多。對鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載，變頻裝置容量只有電機(jī)額定容量的1/4；對抽水蓄能機(jī)組，僅為1/10左右。鋼鐵工業(yè)中的初軋機(jī)要求其傳動系統(tǒng)具有大容量、低轉(zhuǎn)速、頻率快速的正反轉(zhuǎn)、過載能力大等特點(diǎn)，并有較強(qiáng)的抗干擾能力。交交電壓型自控式同步

16、電動機(jī)傳動系統(tǒng)能較好地滿足這種要求，這種系統(tǒng)還能用于鋼廠的熱連機(jī)上。同步電動機(jī)雖然結(jié)構(gòu)上比異步電動機(jī)復(fù)雜，但采用變頻調(diào)速后在交流傳動領(lǐng)域內(nèi)和異步電動機(jī)有著重要的作用。二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）電動機(jī)包括交流電動機(jī)、直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)等多種類型，這是充分發(fā)揮各種電動機(jī)的固有性能而設(shè)計(jì)成不同類型。同時(shí)，為了滿足各種機(jī)器設(shè)備對電動機(jī)的要求，現(xiàn)在正在開展穩(wěn)健的技術(shù)開發(fā)。電動機(jī)技術(shù)研究的基礎(chǔ)，仍然是制造能夠?qū)㈦娔芨咝兽D(zhuǎn)化成為機(jī)械能的小型、經(jīng)濟(jì)、特性優(yōu)良的能量變換機(jī)械。在結(jié)構(gòu)方面，電動機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子組成，原則上是轉(zhuǎn)子安裝在電動機(jī)的中心位置，對稱的配置定子。采取這種的形式是基本的原

17、則。這是因?yàn)楦鞣N電動機(jī)都源于共同的理論基礎(chǔ)。有了上述的觀念，下面開始論述電動機(jī)技術(shù)開發(fā)的現(xiàn)狀。（1）高效率技術(shù) 如果將電動機(jī)的損耗分類，可以分為銅筍、鐵損、機(jī)械損耗及漂移負(fù)荷損耗。下面論述減少這些損耗的主要技術(shù)手段。銅損。銅損是由電流通過導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生的焦耳熱所引起的損失。為了減少銅損，通常采用兩種方法，即減少通過繞組的電流和減少繞組的電阻。電動機(jī)電流包括勵磁電流和電樞電流，改變電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，把磁極換成永久磁鐵，就沒有勵磁電流。把勵磁的永久磁鐵換成高性能磁鐵，可以減少電樞電流。電動機(jī)繞組包括勵磁繞組和電樞繞組。盡量減小勵磁繞組和電動機(jī)子繞組的電阻，就可以減小銅損。為此，改善繞組的制造工藝，提高繞

18、組的占積率，分割核心集中繞組，減少端節(jié)線等措施，是繞組高密度化，達(dá)到電阻值目的。鐵損。鐵損是渦流損耗和磁滯損耗，為了降低這些損耗，提高電磁硅鋼片的含硅量，以改善材質(zhì)。硅鋼片的使用厚度標(biāo)準(zhǔn)由0.5t降至0.35t一下的薄硅鋼片。將這些低損耗的電磁硅鋼片疊合起來，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cae）使磁路最優(yōu)，改善電動機(jī)制造技術(shù)以減小加工誤差。機(jī)械損耗。機(jī)械損耗以摩擦損耗和風(fēng)阻損耗為主。為了降低這些損耗，應(yīng)研究低耗電量、耐用、低磨損的軸承制造技術(shù)。有關(guān)的軸承有滑動軸承、滾動軸承、動壓流體軸承、磁懸浮軸承和靜壓流體軸承等。從這些軸承中，選擇最合適的軸承使用。（2）節(jié)能技術(shù)在工業(yè)和工廠自動化（fa）領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)

19、、泵、輸送機(jī)械、機(jī)床等機(jī)械的電動機(jī)，在家電領(lǐng)域的空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)家用電器電動機(jī)，一般都是直接或通過減速機(jī)，以某個速度連續(xù)運(yùn)行，或者由on/off開關(guān)控制電動機(jī)斷續(xù)運(yùn)行。若采用變頻器控制這些電動機(jī)，就可以根據(jù)負(fù)荷的狀態(tài)使這些機(jī)械工作在最高效率點(diǎn)，電動機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)的工作點(diǎn)，形成高效率的運(yùn)行組合。在帶有減速機(jī)的驅(qū)動方式中，如果取消減速機(jī)而使用變頻器控制電動機(jī)直接驅(qū)動，可以改善傳動效率和降低噪聲。（3）高可靠、低價(jià)格化技術(shù) 把高質(zhì)量的產(chǎn)品盡快地以低成本制造出來是生產(chǎn)產(chǎn)品的出發(fā)點(diǎn)。進(jìn)來對于成本和質(zhì)量的一些觀念正在發(fā)生變化。低價(jià)格化是原材料、零件加工、組裝、質(zhì)檢工序等各項(xiàng)成本決定的。最近，伴隨著全球化的

20、國際成本競爭，要求產(chǎn)品具有高質(zhì)量、優(yōu)良的安全性、方便的維修和解體性及零件壽命評價(jià)體系。此外，對于可再生材料和環(huán)境問題的應(yīng)對措施，提出了要求，即在價(jià)格方面考慮可重復(fù)利用的成本。為了應(yīng)對這些要求，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)周期，能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)、低成本的產(chǎn)品，需要把過去生產(chǎn)中的技術(shù)信息、專門技術(shù)、專家經(jīng)驗(yàn)等，引入到開發(fā)設(shè)計(jì)過程中。這就是利用計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)（cae）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）和計(jì)算機(jī)輔助制造（cam）等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。利用數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)仿真，可以不經(jīng)過試驗(yàn)階段，直接進(jìn)行性能評價(jià)，并且可以在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察評價(jià)產(chǎn)品的工作狀況。由于利用計(jì)算機(jī)很容易更改設(shè)計(jì)，從開發(fā)、設(shè)計(jì)到制造及可靠性評價(jià)

21、的一系列工作，都可以在短時(shí)間內(nèi)高效率地完成。用低成本制造高質(zhì)量的產(chǎn)品的過程技術(shù)也正在開發(fā)進(jìn)程中。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(shù)今后的發(fā)展趨勢和動向。（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)，仍需對交流電動機(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

22、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)械連接的測速發(fā)電機(jī)及其他測速傳感器，實(shí)現(xiàn)無硬件測速傳感器的交流調(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

23、有軟開關(guān)功能的諧振變流器在國內(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

24、成果；用于級聯(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)。中壓是指電壓等級為230010000v，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(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)

25、，遙控技術(shù)及通信技術(shù)，電磁兼容技術(shù)，諧波抑制技術(shù)等。 控制技術(shù)方面有，將矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)引入中壓變頻器，以及研究開發(fā)使用與中壓變頻器的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不高的限制。當(dāng)前，美國cree公司、德國西門子公司、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耐壓等級可達(dá)10kv以上。預(yù)計(jì)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。三、 本課題研究內(nèi)容本課題主要是研究設(shè)計(jì)20kw同步電動機(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機(jī)的主要規(guī)格，即：容量，額定相

26、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：1.主要規(guī)格的確定2.主要尺寸的確定3.電樞鐵心及電樞繞組的確定4.磁路計(jì)算5.穩(wěn)態(tài)電抗計(jì)算6.短路比計(jì)算7.勵磁繞組計(jì)算8.短路電流，過載能力及暫態(tài)電抗計(jì)算9.額定負(fù)載時(shí)的損耗及效率計(jì)

27、算10主要材料重的計(jì)算11控制回路的設(shè)計(jì)12.定子、轉(zhuǎn)子、三相繞組圖的繪制四、 本課題研究方案本課題的研究方案主要有三個，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。方案三：在方案一的基礎(chǔ)上,通過減小每槽導(dǎo)體數(shù),在保持磁密不變的情況下,相應(yīng)的增加電機(jī)鐵心的長度,從而達(dá)到減小銅耗,最終達(dá)到提高效率的目的。 方案三與方案一主要是通過增加材料耗用來提高效率為目的，方案二與方案一主要

28、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)行電動機(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。本課題研究了三個方案，方案一為折中方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的方案。方案二，為材料最省方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機(jī)的所用材料最省。方案三，為

29、效率最高方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機(jī)的效率達(dá)到最高。方案齊全便于用戶選用，且對三個方案進(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(jì)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(shí)還可以避免由于不同功率的電機(jī)使用不同的定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片尺寸所造成重新設(shè)計(jì)模具的浪費(fèi)，可以提高所生產(chǎn)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。3. 工作進(jìn)度：起訖日期工作內(nèi)容備注第一周第三周論文的開題報(bào)告第四周第五周畢業(yè)實(shí)習(xí)第六周第九周用autocad制圖第十周第十二周復(fù)算電機(jī)的各種參數(shù)及設(shè)計(jì)控制方案第十二周第十三周上機(jī)設(shè)計(jì)三個優(yōu)化方案第十四周第十五周寫畢業(yè)論文第十五周第

30、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4交流電機(jī)及系統(tǒng)的分析 高景德 李發(fā)海 清華大學(xué)出版社5.電機(jī)與電力拖動 邱阿瑞 電子工業(yè)出版社6.交流調(diào)速控制系統(tǒng) 李德華 電子工業(yè)出版社學(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

31、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：20kw-4極電勵磁同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要本論文介紹了同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理，重點(diǎn)分析同步電動機(jī)電磁結(jié)構(gòu)及其對電機(jī)性能的影響，提出數(shù)個電磁設(shè)計(jì)方案，并對比來分析電磁方案

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

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

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

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

36、l algorithm and proposes torque control and field weakening control method, and designs frequency control system of a synchronous motor on requestkeyword: synchronous motor; electromagnetic design; vector control; frequency control目錄摘要abstract緒論第一章 同步電機(jī)概論 1.1同步電機(jī)的額定值1.2同步電機(jī)的用途1.3同步電機(jī)的三種運(yùn)行方式第二章 同步電動機(jī)

37、的運(yùn)行分析 2.1同步電動機(jī)的基本方程式、相量圖及功角特性2.2同步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行2.3同步電動機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)第三章 同步電機(jī)變頻調(diào)速分析 3.1同步電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速的比較3.2同步電機(jī)和異步電機(jī)調(diào)速的比較 3.3 同步電動機(jī)矢量控制 3.4坐標(biāo)變換 3.5同步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制 3.6同步電動機(jī)勵磁控制 3.7交流變頻調(diào)速同步電機(jī) 3.7.1同步電機(jī)極數(shù)與頻率的選擇 3.7.2同步電機(jī)電壓的選擇第四章 自控式同步電動機(jī)及其控制系統(tǒng) 4.1自控式同步電動機(jī)的分類及應(yīng)用范圍 4.1.1自控式同步電動機(jī)的分類 4.1.2自控式同步電動機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 4.2自控式同步電動機(jī)的工作原理和運(yùn)行性能 4.

38、2.1工作原理 4.2.2運(yùn)行性能第五章 同步電動機(jī)的電磁方案設(shè)計(jì) 5.1 同步電動機(jī)設(shè)計(jì)思路 5.2 同步電動機(jī)設(shè)計(jì) 5.3 數(shù)據(jù)對比 5.4 同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案對比分析 5.5 同步電動機(jī)設(shè)計(jì)工作總結(jié) 5.6 同步電動機(jī)cad附圖第六章 調(diào)速控制系統(tǒng)硬件組成 6.1 調(diào)速系統(tǒng)主電路 6.2 控制電路 6.3 調(diào)速系統(tǒng)舉例第七章 auto cad 2006繪圖 7.1定子沖片圖 7.2轉(zhuǎn)子沖片圖 7.3單相繞組圖第八章總結(jié) 參考文獻(xiàn)（references）致 謝外文資料原文及譯文 前言隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速在同步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，使同步電動機(jī)的應(yīng)用場合大為

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

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

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

42、磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動性質(zhì)，所以我們可以斷定電機(jī)為電動機(jī)。第二章 三相同步電動機(jī)2.1同步電動機(jī)的基本方程式、相量圖及功角特性同步電動機(jī)的電勢平衡方程式及相量圖，可以通過同步發(fā)電機(jī)的電勢平衡方程式及相量圖轉(zhuǎn)化求得。一、基本方程式：1、電動勢：同理可得出凸極式：2、相量圖：相對與發(fā)電機(jī)，即可作出相應(yīng)的電動機(jī)的相量圖。3功角特性：在同步發(fā)電機(jī)中，我們令電流流出的方向?yàn)檎较?，而在電動機(jī)中，理論上，我們?nèi)匀豢梢赃@樣，但為了大家好理解，我們設(shè)電流流入的方向?yàn)檎较颉＿@樣，我們可以仿照同步發(fā)電機(jī)列出同步電動機(jī)的功角特性表達(dá)示： 即：這樣，我們就可以畫出凸極同步電動機(jī)的功角特性曲線。為了結(jié)構(gòu)上的簡單，在某些小容量同

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

44、通勢，稱為勵磁磁通勢，其空間向量用表示。由于勵磁電流是直流電流，勵磁磁通勢相對于轉(zhuǎn)子式靜止的，但轉(zhuǎn)子本身以同步轉(zhuǎn)速逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)著，所以勵磁磁通勢相對于定子也是逆時(shí)針方向以同步速旋轉(zhuǎn)。勵磁磁通勢的大小為式中為一對磁極的匝數(shù)；為勵磁繞組的分布系數(shù)，對于凸極同步電動機(jī)，=1；是勵磁電流。 這樣，作用在同步電動機(jī)的主磁路上就有兩個磁通勢，即勵磁磁通勢和電樞磁通勢，它們都以同步轉(zhuǎn)速逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，但兩者在空間位置上不一定重合在一起，可以是一前一后地旋轉(zhuǎn)。同步電動機(jī)的電動勢相量圖2.3同步電動機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的功率因數(shù)是超前還是滯后，和發(fā)電機(jī)一樣決定于勵磁狀態(tài)。 先看一下同步電動機(jī)的v型曲線，

45、注意到：1）過勵時(shí)，電動機(jī)從電網(wǎng)中吸入超前的無功電流，2）欠勵時(shí)，從電網(wǎng)中吸入滯后的無功功率電流，顯然，電動機(jī)的功率因數(shù)是可以通過改變勵磁電流來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。我們知道，感應(yīng)電動機(jī)必須從電網(wǎng)吸收激磁電流來建立磁場，所以現(xiàn)代電網(wǎng)的功率因數(shù)經(jīng)常是滯后性的。而同步電動機(jī)在過勵時(shí)，能夠從電網(wǎng)吸入超前電流。因此，如將同步電動機(jī)在過勵狀態(tài)下和感應(yīng)電動機(jī)接在同一電網(wǎng)上，便可以使供電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高。同步電動機(jī)能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這是它最可貴的優(yōu)點(diǎn)。第三章 同步電機(jī)變頻調(diào)速3.1同步電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速的比較交流電機(jī)與直流電機(jī)相比具有一下特點(diǎn)：（1） 單機(jī)容量不受限制 眾所周知，直流電機(jī)由于換向器的換向能力限

46、制了電機(jī)的容量和速度，直流電機(jī)的極限容量和速度之積約為，而交流電機(jī)單機(jī)容量可突破這一限制。實(shí)際上交流電機(jī)可以充分利用電力電子器件的能力來提高供電電壓，采用先進(jìn)的電機(jī)冷卻方式，變頻調(diào)速同步電機(jī)的單機(jī)容量已可以做到56mw（2） 體積小、重量輕、占地面積小由于交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、占地面積比直流電機(jī)大大減小。而直流電機(jī)不僅單機(jī)體積大，而且為了減小轉(zhuǎn)動慣量，常常采用雙電樞或三電樞串聯(lián)方式，占地面積很大。交流電機(jī)有可能與機(jī)械合為一體，形成機(jī)械一體化產(chǎn)品，大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少體積和重量，提高可靠性，從而打破了主流電機(jī)安裝在主電室中，遠(yuǎn)離機(jī)械的格局。（3） 轉(zhuǎn)動慣量小 交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量遠(yuǎn)小

47、于直流電機(jī)的，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。（4） 動態(tài)響應(yīng)好 由于交流電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量大大減小，并且交流變頻同步電機(jī)沒有換向火花對過載能力的限制，電機(jī)可以具有更大的動態(tài)加速電流。因此，交流電機(jī)較直流電機(jī)有更好的動態(tài)響應(yīng)特性。下表列出了當(dāng)前交流調(diào)速與直流調(diào)速的技術(shù)性能比較。 直流調(diào)速 交流調(diào)速電機(jī)電壓 1200v 15006000v功率因數(shù) 0.7 0.61.0交換器效率 0.98 0.960.97調(diào)速范圍 0.1%100% 0100%調(diào)速精度 0.01% 0.01%速度響應(yīng) 1530rad/s 40100rad/s（5）維護(hù)簡單化 由于交流電機(jī)無須換向器，所以維護(hù)量大大減小。（6）節(jié)約能源 交流

48、同步電機(jī)的效率比直流電機(jī)提高2%3%。3.2同步電機(jī)和異步電機(jī)調(diào)速的比較交流調(diào)速可以采用同步電機(jī)也可以采用異步電機(jī)。同步電機(jī)與異步電機(jī)各有其特點(diǎn)，近20年來，世界各國電氣公司和學(xué)術(shù)界對此爭論不休，但進(jìn)入20世紀(jì)90年代，對于大容量交流電機(jī)調(diào)速，世界各國已基本趨向于同步電機(jī)。下表列出了同步電機(jī)與異步電機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)的比較。 同步電機(jī)和異步電機(jī)的比較 異步電機(jī)im 同步電機(jī)sm額定功率/kw 6000 6000轉(zhuǎn)速n/(r/min) 60/120 60/120電機(jī)功率因數(shù) 0.89 1.0效率 0.939 0.955相對轉(zhuǎn)動慣量 134% 100%相對定子重量 116% 100%相對轉(zhuǎn)子重量 109% 100%磁通變化時(shí)間常數(shù)/ms 3.05 0.355相對變頻器容量 354% 258%相對激磁功率 0 10%電網(wǎng)輸入功率因數(shù) 0.67 0.85（1） 可靠性與維