哈爾濱理工大學(xué)同步電機(jī)論文模板

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2、論文。（請?jiān)谕瓿烧撐暮螅蛴≌撐那?，刪除本頁內(nèi)容！ ） 單擊此處輸入中文論文題目 摘要同步電機(jī)有旋轉(zhuǎn)式和旋轉(zhuǎn)電樞式兩種結(jié)構(gòu)形式。由于旋轉(zhuǎn)磁極式具有 轉(zhuǎn)子重量小、制造工藝較簡單、通過電刷滑環(huán)的電流較小等優(yōu)點(diǎn)，大中容 量的同步電機(jī)多采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)。根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀的不同。旋轉(zhuǎn)磁極式 又可分為凸極式和隱極式兩種，凸極式多用于要求低轉(zhuǎn)速場合，其轉(zhuǎn)子粗 而短，氣隙不均勻。隱極式多用于要求高轉(zhuǎn)速的場合，其轉(zhuǎn)子細(xì)而長，氣 隙均勻。同步電機(jī)和其他旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。旋轉(zhuǎn)磁極 式同步電機(jī)的定子主要由機(jī)座、鐵心和定子繞組構(gòu)成。轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、 滑環(huán)、鐵心和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。為兼導(dǎo)磁性能和機(jī)械強(qiáng)度的要

3、求，轉(zhuǎn)子鐵心 常采用高強(qiáng)度合金鋼制造而成。轉(zhuǎn)子鐵心上裝有勵(lì)磁繞組，其兩個(gè)出線端 和兩個(gè)滑環(huán)分別相接。為便于啟動(dòng)，凸極式轉(zhuǎn)子磁極的表面裝有黃銅制成 的導(dǎo)條，再磁極的兩個(gè)端面分別用一個(gè)銅環(huán)將導(dǎo)條連接起來構(gòu)成一個(gè)不完 全的籠形啟動(dòng)繞組。本文首先介紹了同步電機(jī)的調(diào)速方法，并簡述了同步電機(jī)的基本工作 原理。同時(shí)講解了同步電機(jī)的兩種結(jié)構(gòu)形式的區(qū)別和同步電機(jī)的調(diào)速方 法，能更好的了解到同步電機(jī)的調(diào)速方法。關(guān)鍵詞 高壓同步電機(jī)；高壓變頻器；速度和開環(huán)控制；Click here and input title in EnglishAbstractClick here and input abstract in

4、EnglishKeywords Click here and input keywords in English目錄摘要IAbstractII第1章緒論1.1.1課題背景1.1.2電機(jī)調(diào)速發(fā)展現(xiàn)狀1.第2章單擊此處輸入標(biāo)題 4.2.1本章小結(jié)4.第3章單擊此處輸入標(biāo)題 6.3.1本章小結(jié)6.結(jié)論7.致謝8.參考文獻(xiàn)9.附錄.10第1章緒論1.1課題背景電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈（也就 是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動(dòng)力 旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系 統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異

5、步電機(jī)（電機(jī) 定子磁場轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子 組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線（磁場方 向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)。同步電機(jī)具有功耗小、力矩大、噪聲低、體積小、重量輕、使用方便 的特點(diǎn)。在額定頻率下電機(jī)轉(zhuǎn)速不受電壓影響，保持穩(wěn)定不變。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)。特點(diǎn)是；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)的頻率之間有不便的關(guān)心n=n s=60f/p ,ns稱為同步轉(zhuǎn)速若電網(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)而和負(fù)載的大小 無關(guān)。同步電機(jī)分為同步電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)在發(fā)電廠中的交流機(jī)

6、以同 步電機(jī)為主。1.2電機(jī)調(diào)速發(fā)展現(xiàn)狀電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)際上是依賴于微電子學(xué)、電力電子技術(shù)、計(jì)算 機(jī)控制、現(xiàn)代控制理論和逆變技術(shù)的發(fā)展以及交流電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展 的。永磁同步電機(jī)因?yàn)槠淇刂坪唵?，特別是具備十分優(yōu)良的低速性能，因 此在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的使用將越來越廣泛，已成為低速伺服系統(tǒng)的 主流。永磁同步電機(jī)因?yàn)槠淇刂坪唵危貏e是具備十分優(yōu)良的低速性能， 因此在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的使用將越來越廣泛，已成為低速伺服系統(tǒng) 的，價(jià)格低廉，體積小（和同容量的直流電機(jī)相比），并且堅(jiān)固耐用，具有 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的一種 電氣設(shè)備。永磁同步電機(jī)因?yàn)槠淇刂坪?/p>

7、單，特別是具備十分優(yōu)良的低速性 能，因此在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的使用將越來越廣泛，已成為低速伺服 系統(tǒng)的，價(jià)格低廉，體積小（和同容量的直流電機(jī)相比），并且堅(jiān)固耐用， 具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的一種電氣設(shè)備。 變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展，其使用領(lǐng)域不斷 擴(kuò)展。國際上已形成一定規(guī)模的使用產(chǎn)業(yè)，我國也正在把它作為電機(jī)行業(yè) 新的生長點(diǎn)，目前其發(fā)展趨勢主要向兩方面發(fā)展：一種是挖掘傳統(tǒng)電機(jī)的 潛力，使之和電力電子變頻器形成最優(yōu)組合，一種是研究新的交流電機(jī)結(jié) 構(gòu)和運(yùn)行方式，而開發(fā)出高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。早在二十世紀(jì)80年代，已成功引入矢量控制的

8、理論，針對交流電機(jī)具有多變量、強(qiáng)耦合、非 線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機(jī)變頻調(diào) 速的控制策略。進(jìn)入 90年代，隨著高性能單片機(jī)和數(shù)字信號處理器的使 用，國內(nèi)學(xué)者緊跟國外最新控制策略，針對交流異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，采用高 次諧波注入SPW和空間磁通矢量PWI等方法，控制算法采用模糊控制、神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線觀測，在實(shí)現(xiàn)無 速度傳感器交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究上作了大量有益的基礎(chǔ)研究。為此我 國更應(yīng)該加強(qiáng)同步電機(jī)調(diào)速及相關(guān)領(lǐng)域的科研和發(fā)展力度。1.3 國內(nèi)外頻調(diào)速現(xiàn)狀1.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀 變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展，其使用領(lǐng)

9、域 不斷擴(kuò)展。國際上已形成一定規(guī)模的使用產(chǎn)業(yè)，我國也正在把它作為電機(jī) 行業(yè)新的生長點(diǎn)，目前其發(fā)展趨勢主要向兩方面發(fā)展：一種是挖掘傳統(tǒng)電 機(jī)的潛力，使之和電力電子變頻器形成最優(yōu)組合，一種是研究新的交流電 機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，而開發(fā)出高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。早在二十世紀(jì) 80年代，已成功引入矢量控制的理論，針對交流電機(jī)具有多變量、強(qiáng)耦 合、非線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機(jī) 變頻調(diào)速的控制策略。進(jìn)入 90年代，隨著高性能單片機(jī)和數(shù)字信號處理器 的使用，國內(nèi)學(xué)者緊跟國外最新控制策略，針對交流異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，采 用高次諧波注入SPWM空間磁通矢量PWI等方法，控制算法采用模糊

10、制、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線觀測，在實(shí)現(xiàn) 無速度傳感器交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究上作了大量有益的基礎(chǔ)研究。為此 我國更應(yīng)該加強(qiáng)同步電機(jī)調(diào)速及相關(guān)領(lǐng)域的科研和發(fā)展力度。國外現(xiàn)狀 電力電子、電機(jī)及控制技術(shù)的一體化。國外主要電機(jī)生產(chǎn)公司早已迅 速擺脫了單一電機(jī)生產(chǎn)制造模式，而大大擴(kuò)展了電機(jī)的外延和內(nèi)涵，以成 套機(jī)電產(chǎn)品形式走向市場。集成化和智能化。電機(jī)的高新技術(shù)附加含量愈來愈高。電機(jī)機(jī)體內(nèi)不 僅僅包含原來電機(jī)定、轉(zhuǎn)子，而且內(nèi)含電力電子元器件及各種控制線路， 使得電力電子一電機(jī)一控制不僅在運(yùn)行上形成一體，在外觀上亦融為一體，具有相當(dāng)高的“智能”，稱之為“ smart moto

11、r ” （ 智能電機(jī) ） 。控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。 W控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控、模 糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基 礎(chǔ)，16位、32位高速微處理器以及數(shù)字信號處理器（DSP）和專用集成電路 （ASIC）技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、快響應(yīng)、多功能提供了硬 件手段。美日歐等發(fā)達(dá)國家的電機(jī)拖動(dòng)行業(yè)正以強(qiáng)勁勢頭向前發(fā)展。正如 美國著名教授T. ALIPO（前IEEE IAS , PES, PE分會(huì)主席）說過：“未來十 年將是電機(jī)工程領(lǐng)域發(fā)展的黃金十年。1.4 課題研究的主要工作同步電機(jī)，和感應(yīng)電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)。特點(diǎn)是：穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

12、和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系 n=ns=60f/p， ns 稱為同步 轉(zhuǎn)速。若電網(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)而和負(fù)載的 大小無關(guān)。同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流 機(jī)以同步電機(jī)為主。同步電機(jī)變頻調(diào)速按控制方式可分為自控式和他控式兩種。 他控式；裝置和電機(jī)是獨(dú)立的。變頻裝置的輸出頻率由轉(zhuǎn)速給定決 定，由于同步關(guān)系，這時(shí)系統(tǒng)一般為開環(huán)，所依據(jù)的原理是 VVVF ?？刂?簡單，但存在轉(zhuǎn)子振蕩和失步問題。自控式；變頻裝置和電機(jī)非獨(dú)立，變頻裝置的輸出頻率是依據(jù)電動(dòng)機(jī) 軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置決定。組成電源頻率自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)子位置的閉環(huán)系統(tǒng)。 它是由同步電動(dòng)機(jī)逆變單元，轉(zhuǎn)子位置檢

13、測器和控制單元構(gòu)成。由于同步 電機(jī)供電頻率受轉(zhuǎn)子位置的控制即電子磁場轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相等，始終保 持同步，因此不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子振蕩和失步的隱患。同步電機(jī)和普通異步電機(jī)運(yùn)行商主要區(qū)別是同步電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，電樞 電壓矢量和轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致系 統(tǒng)失步。因此同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)必須時(shí)刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi) 變動(dòng)，這一點(diǎn)就是同步電機(jī)變頻和異步電機(jī)變頻的主要區(qū)別。這次課題研究的主要工作分 5 步1. 查看有關(guān)同步電機(jī)變頻調(diào)速的資料。2. 了解同步電機(jī)變頻調(diào)速的工作原理。3. 掌握同步電機(jī)變頻調(diào)速的繪圖方法。4. 專題討論同步電機(jī)變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。5. 設(shè)計(jì)工作總結(jié)，撰寫畢

14、業(yè)論文2.1 本章小結(jié)對于永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來說，常用的制動(dòng)方式有能耗制動(dòng)、反接 制動(dòng)和再生制動(dòng)三種方式。其中能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)是依靠在主回路中串 接能耗電阻，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的。再生制動(dòng)是通過改變逆變器開關(guān)順序來實(shí)現(xiàn) 的。單從電機(jī)制動(dòng)效果來看，顯然反接制動(dòng)的效果最好，制動(dòng)時(shí)間最短。 但是較大的制動(dòng)電流對系統(tǒng)不利，因此很少采用。再生制動(dòng)的實(shí)質(zhì)是電機(jī)的反電勢高于電機(jī)的外加電壓。因而電機(jī)反電 勢低于直流側(cè)電壓時(shí)，這種制動(dòng)將失效。該種制動(dòng)方式通常使用于驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)頻繁起動(dòng)停止的場合，這樣可以提高能源利用率，但是該制動(dòng)方式容易 產(chǎn)生所謂的泵生電壓，容易損壞主回路開關(guān)元件，并且如果沒有合適的能 量回收裝置，所能

15、回收能量也是極其有限的。因此，在非頻繁開啟場合，能耗制動(dòng)依然是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主流制動(dòng)方式， 這里也可以從國外廠家生產(chǎn) IPM 通常給出能耗制動(dòng)電阻輸出端口可以看 出。合理選用制動(dòng)電阻將對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)作用有很大的影響，如何快速制 動(dòng)而又不對電機(jī)及主回路產(chǎn)生較大的沖擊電流，這是本文論及以及解決的 主要問題。能耗制動(dòng)，從電機(jī)能量流動(dòng)控制角度來看，屬于不可控發(fā)電制動(dòng)方 式。正常工況下，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到電機(jī)基速的3 倍甚至更高些，也就是說其運(yùn)行在電機(jī)的弱磁區(qū)中。因此如果在較高轉(zhuǎn) 速下，切斷主回路，開關(guān) 7 進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)產(chǎn)生高于直流母線電 壓的反電勢，主回路開關(guān)管中的續(xù)流管工作在

16、不可控狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入 一種所謂的不可控發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)成為一不可控整流橋發(fā)電機(jī)組成 制動(dòng)系統(tǒng)。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)。特點(diǎn)是：穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系n=ns=60f/p， ns 稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(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)而和負(fù)載的 大小無關(guān)。同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)代發(fā)電廠中的交流 機(jī)以同步電機(jī)為主。同步電機(jī)變頻調(diào)速按控制方式可分為自控式和他控式兩種。 他控式；裝置和電機(jī)是獨(dú)立的。變頻裝置的輸出頻率由轉(zhuǎn)速給定決 定，由于同步關(guān)系，這時(shí)系統(tǒng)一般為開環(huán)，所依據(jù)的原理是 VVVF 。控制 簡單，但存在轉(zhuǎn)子振蕩和

17、失步問題。自控式；變頻裝置和電機(jī)非獨(dú)立，變頻裝置的輸出頻率是依據(jù)電動(dòng)機(jī) 軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置決定。組成電源頻率自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)子位置的閉環(huán)系統(tǒng)。 它是由同步電動(dòng)機(jī)逆變單元，轉(zhuǎn)子位置檢測器和控制單元構(gòu)成。由于同步 電機(jī)供電頻率受轉(zhuǎn)子位置的控制即電子磁場轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相等，始終保 持同步，因此不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子振蕩和失步的隱患。同步電機(jī)和普通異步電機(jī)運(yùn)行商主要區(qū)別是同步電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，電樞 電壓矢量和轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致系 統(tǒng)失步。因此同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)必須時(shí)刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi) 變動(dòng)，這一點(diǎn)就是同步電機(jī)變頻和異步電機(jī)變頻的主要區(qū)別。同步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，定子的三相繞組中通入三

18、相對稱電流，轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通 入直流電流。在定子三相對稱繞組中通入三相交變電流時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場。在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入直流電流時(shí)，將產(chǎn)生極性恒定的靜止磁場。若轉(zhuǎn)子磁場 的磁極對數(shù)和定子磁場的磁極對數(shù)相等，轉(zhuǎn)子磁場因受定子磁場磁拉力作用而隨定 子旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子以等同于旋轉(zhuǎn)磁場的速度、方向旋轉(zhuǎn)，這就是同步電 動(dòng)機(jī)的基本工作原理。定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的速度為，稱為同步轉(zhuǎn)速。它的大小只 決定于電源頻率 的大小和定、轉(zhuǎn)子的極對數(shù)p ，不會(huì)因負(fù)載變化而改變。定子旋轉(zhuǎn)磁場或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向決定于通入定子繞組的三相電流相序，改變其相序即可改變 同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。常用的同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法為輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法、異步啟動(dòng)法、變頻啟動(dòng)法。 啟動(dòng)時(shí)，先將同步電動(dòng)機(jī)加速到接近同步轉(zhuǎn)速，然后再通入勵(lì)磁電流，依靠同步電 機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁場的磁拉力而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把轉(zhuǎn)子牽入同步。同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)分兩 個(gè)階段：異步啟動(dòng)和牽入同步。采用以上兩種啟動(dòng)方法啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組不能直接 短接、也不能開路，應(yīng)串接一定阻值（通常為轉(zhuǎn)子繞組電阻值的510倍）的電阻后可靠閉合，以防止啟動(dòng)失敗或損壞轉(zhuǎn)子繞組的絕緣。采用變頻啟動(dòng)法可以實(shí)現(xiàn)平 滑起動(dòng)，變頻啟動(dòng)法的使用越來越廣泛。啟動(dòng)時(shí)，先在轉(zhuǎn)子繞組中通入直流勵(lì)磁電 流，借助變頻器逐步升高加在定子上的電源頻率，使轉(zhuǎn)子磁極在開始啟動(dòng)時(shí)就和旋 轉(zhuǎn)磁場建立起穩(wěn)定