【正文】 12KW4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)【南昌大學(xué)電機(jī)電器本科畢業(yè)論文原稿word版】密級(jí)： NANCHANG UNIVERSITY學(xué) 士 學(xué) 位 論 文THESIS OF BACHELOR（2006—2010年） 題 目 12KW4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 電氣與自動(dòng)化工程系 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師：起訖日期： 學(xué)士學(xué)位論文要求裝訂成冊(cè)并應(yīng)包含以下主要內(nèi)容一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書二、開題報(bào)告三、南昌大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要外文摘要畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）全文五、外文資料原文六、外文資料譯文 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：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：電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè)班級(jí)： 電 機(jī) 電 器 061 學(xué)生姓名： 起訖日期： 指導(dǎo)教師：職稱： 指導(dǎo)教師所在單位： 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院 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。 1 2 3 4 5 6 7 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目：12KW—4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)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)化系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 6101106014 姓 名： 指導(dǎo)教師： 填表日期：年月 一、 選題的依據(jù)和意義電動(dòng)機(jī)制造是我國(guó)機(jī)械工業(yè)中較大的行業(yè)之一，它既是關(guān)系到各行各業(yè)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)產(chǎn)品，又是與人類生活密切相關(guān)的面廣量大、品種繁多的通用產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)6070%的發(fā)電量被電動(dòng)機(jī)所消耗。電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，作為用電器或小型機(jī)械的動(dòng)力源,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的品種、數(shù)量和質(zhì)量各種性能水平的提高和發(fā)展，都會(huì)直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門成套設(shè)備的發(fā)展水平。電機(jī)已是當(dāng)今生產(chǎn)活動(dòng)和日常生活中最重要的原動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置。電機(jī)數(shù)量之多，應(yīng)用范圍之廣，地位之重要，沒有其它設(shè)備所能與之相比。 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)。同步電機(jī)作為電機(jī)的主要類型，其應(yīng)用是十分廣泛的。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)。以往同步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在一些功率比較大而且不要求調(diào)速的場(chǎng)合，如空氣壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)等。大功率同步電動(dòng)機(jī)比同容量的異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)更高，能夠通過調(diào)節(jié)礪磁來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這是異步電動(dòng)機(jī)做不到的。而且，對(duì)于大功率低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)要小。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，如艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)、大型軋鋼系統(tǒng)等。 因此,研究同步電機(jī)對(duì)我國(guó)電機(jī)工業(yè)的發(fā)展與提高有積極意義。我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行交流同步電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究，80年代初已研制成功交交變頻同步電機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，但大功率交交變頻調(diào)速裝置直到90年代才得到長(zhǎng)足的發(fā)展。國(guó)家非常重視大型傳動(dòng)裝備的國(guó)產(chǎn)化，國(guó)家“七五”、“八五”、“九五”計(jì)劃均把大型傳動(dòng)交流調(diào)速國(guó)產(chǎn)化列入重大技術(shù)裝備科技攻關(guān)項(xiàng)目。國(guó)家科委“火炬計(jì)劃”、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究“攀登計(jì)劃”等項(xiàng)目都對(duì)該技術(shù)的研究給予了支持。 1 二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）在交流電網(wǎng)上，人們廣泛使用著交流異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)工作機(jī)械。交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、壽命長(zhǎng)、成本低，保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)便。但是，與直流電動(dòng)機(jī)相比，它調(diào)速性能差，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低。其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因素低，輕載時(shí)尤甚，這大大增加了線路和電網(wǎng)的損耗。長(zhǎng)期以來，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，例如風(fēng)機(jī)、水泵、普通機(jī)床的驅(qū)動(dòng)中，異步電動(dòng)機(jī)占有主導(dǎo)地位，當(dāng)然這類拖動(dòng)中，無形中損失了大量電能。過去的電力拖動(dòng)中，很少采用同步電動(dòng)機(jī)，其主要原因是同步電動(dòng)機(jī)不能在電網(wǎng)電壓下自行起動(dòng)，靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，平均轉(zhuǎn)矩為零。電機(jī)很難啟動(dòng)。自70年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著電力電子學(xué)、微電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，在大功率調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域已出現(xiàn)交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)的趨勢(shì)。對(duì)于大容量生產(chǎn)機(jī)械，如軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、船舶推進(jìn)以及牽引傳動(dòng)，交流變頻同步電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)不僅具有與直流傳動(dòng)同樣優(yōu)越的調(diào)速性能，還具有過載能力大、效率高、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、維護(hù)簡(jiǎn)單和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。同步電機(jī)與異步電機(jī)變頻調(diào)速相比較，又具有功率因數(shù)高、變頻器容量小、弱磁區(qū)轉(zhuǎn)矩特性好等優(yōu)點(diǎn)。由于交流變頻同步電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外工業(yè)屆在大容量調(diào)速傳動(dòng)中已陸續(xù)采用并推廣這一技術(shù)。沿金行業(yè)軋機(jī)主傳動(dòng)已普遍采用交流變頻同步電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。煤炭與有色金屬行業(yè)也將該系統(tǒng)用于礦井提升機(jī)傳動(dòng)。國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的油氣輸送壓縮機(jī)調(diào)速傳動(dòng)、船舶電力推進(jìn)、高速磁懸浮直線電機(jī)牽引供電等大型調(diào)速傳動(dòng)裝備也采用交流變頻 同步電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)。近20年來，我國(guó)高等學(xué)校、科研院所、電機(jī)制造廠對(duì)大型交流同步電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究、裝備制造和工程應(yīng)用也做出了很多努力并取得了突出成果。在理論研究方面，建立并完善了叫交交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行理論、交交變頻同步電機(jī)阻尼繞組理論、交交變頻同步電機(jī)設(shè)計(jì)理論、同步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制理論、大功率交流電機(jī)與電網(wǎng)一體化控制理論、交流調(diào)速系統(tǒng)仿真理論及平臺(tái)、交交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)工程調(diào)整理論與方法、大型交流調(diào)速傳動(dòng)機(jī)電振蕩理論與抑制方法等，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界具有重要影響，并為大功率交流調(diào)速裝備制造和工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1993年，我國(guó)科研院所把交流調(diào)速的科研成果推向了工程實(shí)踐，研制成功 2 我國(guó)第一臺(tái)2500kw交交變頻同步電機(jī)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，又連續(xù)突破了5000kw單機(jī)容量、單機(jī)可逆、雙機(jī)傳動(dòng)等技術(shù)難關(guān)，在大型軋機(jī)主傳動(dòng)中應(yīng)用成功。特別是近期在國(guó)家“九五國(guó)家重大技術(shù)裝備攻關(guān)計(jì)劃”的支持下，研制成功由8臺(tái)10MV*A大功率交交變頻器組成的我國(guó)第一套大型熱連軋機(jī)交流同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2001年研制成功我國(guó)第一臺(tái)6MW礦井提升機(jī)交交變頻同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。2002年采用新型電力電子器件IGCT研制成功國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目5MV*A三電平大功率變頻器，打破了我國(guó)大型交流傳動(dòng)裝備長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面，標(biāo)志著我國(guó)交流調(diào)速理論研究、裝備制造、工程設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。三、本課題研究?jī)?nèi)容A變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電機(jī)調(diào)速的控制性能，可以歸結(jié)為主要是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。長(zhǎng)期以來，直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的電樞電流與磁場(chǎng)相互正交，可以分別控制，具有良好的轉(zhuǎn)矩控制性能。而交流電機(jī)的可控量是輸入交流電壓、電流，其轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)是復(fù)雜耦合的，不能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)解耦控制，所以交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制長(zhǎng)期以來成為電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的難題。1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳