【正文】 密級： NANCHANG UNIVERSITY 學 士 學 位 論 文THESIS OF BACHELOR（2006—2010年）題 目 16KW6極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制系統(tǒng)的設計學 院： 信息工程學院 系 電氣工程及其自動化 專業(yè)班級： 電機電器061班 學生姓名： 史凌飛 學號： 6101106019 指導教師： 黃劭剛 職稱： 教授 起訖日期： ~ 摘要16KW6極變頻調(diào)速同步電動機的電磁方案及控制系統(tǒng)的設計專 業(yè)： 學 號：學生姓名： 指導教師：摘 要本文討論的是同步電動機的電磁設計方案及其變頻調(diào)速的控制回路的設計。根據(jù)課題的要求，本論文主要介紹了同步發(fā)電機的基本特點、工作原理、運行方式，及其電磁設計的基本方法。根據(jù)變頻調(diào)速的要求，本文也對電機的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、氣隙磁場的分布、各電機參數(shù)的合理選擇等多方面的情況進行了研究，從而確定有效地控制回路方案。本文在電機設計過程中采用的步驟是：①在國家有關技術標準的基礎上，根據(jù)用戶的需求，大致確定電機的尺寸結(jié)構(gòu)。②進行電機空載磁場的研究，確定包括磁體的尺寸、每槽導體數(shù)等關鍵參數(shù)在內(nèi)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。③根據(jù)電機工作性能的計算公式計算電機性能，由計算結(jié)果調(diào)整電機的結(jié)構(gòu)，得出三套可行的方案。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；第二套方案是研究通過增加每槽導體數(shù)來使材料最?。ㄖ饕侵搞~和鐵的耗用量）的方案；第三套方案是主要是研究減小每槽導體數(shù)來使效率達到最高的方案。④通過比較三種設計方案，兼顧效率、溫升、節(jié)省材料等多方面的要求，得到一個既省材又提高性能的綜合方案。⑤運用AUTOCAD繪圖軟件，繪制定轉(zhuǎn)子沖片和繞組連接圖。最后，選擇合適的變頻調(diào)速控制回路，校驗變頻器的特性，使其符合同步電機的工作特性。關鍵詞： 同步電動機、變頻調(diào)速、設計 109AbstractThe scheme of electromagnetic design for 16KW6 pole synchronous motor and the design of the control system of the frequency converterAbstractThis article introduces the scheme of electromagnetic design for synchronous motor and the design of the control system of the frequency converter. According to the requirements of the topic,this paper mainly introduces the fundamental characteristic,working mechanism,working method,the basic method of electromagnetic design of a synchronous to the requirements of frequency control This article is also on the motor stator and rotor structure, air gap magnetic field distribution, the motor parameter selection, and many other studies carried out to determine the effective control loop program.In this paper, the process of design is: the basis of the national technical standards, according to the needs of users , we can determine the size of the motor structure.2. To research the noload airgap flux distribution,so as to select the rotor configuration ,which consists of some important parameters,such as the permanent magnet dimension and conductor number per slot get the performance of motor by calculation with known formulas,as a result an adjustment for the motor’s configuration can be practised, we can get three logical and feasible project. The first set of the data the program is selected, according to preliminary calculation program to design a motor to make it consistent with the efficiency of synchronous generator, temperature and other requirements. Second program is the study by increasing the number of conductors per slot to make the material most provinces (mainly refers to the consumption of copper and iron) program. The third set of program is to study reducing the number of conductors per slot to enable the highest efficiency program.4. By paring the three types of design, balance between efficiency, temperature rise, saving materials, and many other requirements, have a material and also enhance the performance of both the province39。s prehensive plan.5. Using AUTOCAD drawing software, drawing tablet and stator and rotor winding connection diagram.Finally, select the appropriate frequency conversion control circuit, checking the inverter characteristics,to meet the synchronous motor operating characteristics.Keywords: synchronous motor；frequency control； design目錄目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 IV第一章 緒 論 1 1 同步電動機的發(fā)展現(xiàn)狀 1 2第二章 同步電動機的概述 3 3 3 3 5 5 5 同步電動機的主要構(gòu)件 6 6 7 7 8 8 8第三章 同步電動機的工作特性 10 10 同步電動機的電磁關系 11 11 同步電機的雙反應理論 13 同步電機的電壓平衡方程式及相量圖 15 19 19 21 22 同步電動機的運行 23 26 26　同步電機的Ｖ形曲線 29 30 同步電動機為什么不能直接起動？ 30 30第四章 同步電動機設計的理論分析 33 電機設計的任務與過程 33 33 33 同步電動機的電磁設計 34 同步電動機主要尺寸確定 34 37 40 電機的損耗及溫升計算 41 42 42 43 43 44 45 46第五章 電磁設計方案計算 47 47： 48 49 49第六章 電磁方案結(jié)果分析 66 66 66 66 電機損耗與效率計算結(jié)果的對比 66 三個方案電磁負荷的對比 67 三個方案電機參數(shù)的對比 67 68第七章 變頻調(diào)速控制回路的設計 69 69 70 70 72 72 同步電動機的矢量變換控制 73 同步電動機的轉(zhuǎn)矩控制 77第八章 Autocad 繪圖 81 AutoCAD 2006繪圖軟件的使用方法和常用命令 81，轉(zhuǎn)子沖片圖和繞組連接圖的繪制 82 定、轉(zhuǎn)子沖片圖的繪制 82 繞組連接圖的繪制 83第九章 總 結(jié) 85參考文獻（References） 86致 謝 87附錄 88外文資料原文 89外文資料譯文 99第一章 緒論第一章 緒 論在直流電機、交流異步電機、交流同步電機三大電機形式中，同步電動機因其優(yōu)良的性能和多樣的結(jié)構(gòu)而在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活中、航空航天和國防等各個領域中得到廣泛的應用。為獲得高性能、高精度的執(zhí)行效果，常常使用變頻器對同步電動機進行驅(qū)動和控制，本文正是針對這樣一種需求產(chǎn)生的。本文所涉及的電機是由變頻調(diào)速回路控制的同步電動機，即后文所說的變頻調(diào)速同步電動機。 本文設計的電機是用于變頻調(diào)速的同步電動機。它的設計指導思想是除了要符合同步機適用于電動機的一般要求外，還應符合上文指出的對變頻調(diào)速的特殊要求。根據(jù)用戶提出的數(shù)據(jù)規(guī)格的要求，該電動機也就沿用傳統(tǒng)電機軸向立式的結(jié)構(gòu)。這樣可以參考和借用已有的規(guī)格電機的機座、定子等部件的結(jié)構(gòu)尺寸，以提高這些部件的通用性，縮短電機的研制周期，并且節(jié)省研制資金。 同步電機的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及我們的日常生活，幾乎離不開各種各樣的電機。電機已是當今生產(chǎn)活動和日常生活中最重要的原動力和驅(qū)動裝置。電機數(shù)量之多，應用范圍之廣，地位之重要，沒有其它設備所能與之相比。 同步電機和感應電機一樣是一種常用的交流電機。同步電機的應用也是十分廣泛的。比如：TYZ系列同步電機主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，遇到一定阻力時能夠自動反向旋轉(zhuǎn)，常用于轉(zhuǎn)向要求不高的恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動場合，如旋轉(zhuǎn)燈具、圣誕樹、廣告畫等。但是可以通過在電機內(nèi)部安裝機械定向裝置，實現(xiàn)定向旋轉(zhuǎn)，使該產(chǎn)品能夠用于塑封機等有轉(zhuǎn)向要求的場合。 TYD系列可逆同步電機同TYZ系列的區(qū)別是：該系列電機內(nèi)部采用兩組繞組，用電容實現(xiàn)定向旋轉(zhuǎn)。通過改變電容和電機輸出引線的接法，能夠可靠的實現(xiàn)電機定向旋轉(zhuǎn)并控制旋轉(zhuǎn)方向。本系列電機功率比TYZ系列大。主要用于監(jiān)控器材、醫(yī)療器械、辦公設備和自動麻將桌等。電氣傳動系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動機三大要素組成，成為一個有機的整體。各部分之間的不同組合，可以構(gòu)成多種多樣的電氣傳動系統(tǒng)。雖然調(diào)速傳動從電流型上分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩大類，但在交流調(diào)速中，異步電動機調(diào)速系統(tǒng)和同步電動機調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成為兩類占有相當比重的調(diào)速系統(tǒng)，且同步電動機、異步電動機調(diào)速系統(tǒng)占主導地位，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)也并未被淘汰，它在電氣調(diào)速系統(tǒng)中仍占有一席之地。本文所要介紹的是同步電動機的調(diào)速系統(tǒng)，接下來簡要介紹一下同步電動機調(diào)速的有關理論知識，普通的同步電動機在結(jié)構(gòu)上要比籠型異步電動機復雜，但比直流電動機簡單。和同容量的直流電動機相比，它具有效率高、過載能力大、體積小、轉(zhuǎn)動慣量小、省維護等優(yōu)點，并且可以做到大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓。雖說同步電動機較直流電動機有上述的優(yōu)點，但客觀來將，同步電動機調(diào)速也有自身的缺點和不足：（1）同步電動機需要在轉(zhuǎn)子側(cè)加一套勵磁裝置。無論是無刷勵磁還是有刷勵磁，和籠型異步電動機相比，都要增加維護工作量。（2）同步電動機的矢量控制比異步電動機的矢量控制復雜，需要準確檢測轉(zhuǎn)子位置或轉(zhuǎn)子磁鏈位置?？偟膩碇v，在三種調(diào)速系統(tǒng)中，直流電動機雖然調(diào)速系統(tǒng)歷史悠久，技術成熟，并且在不斷的完善自己，但由于直流電動機的固有缺陷，必然被交流調(diào)速系統(tǒng)所取代，與異步電動機傳動系統(tǒng)相比較，有競爭力的當屬同步電動機傳動系統(tǒng)，它引起了人們的極大興趣，在電氣傳動領域占有很大的比重，從國內(nèi)外研究和國外引進設備來看，同步電動機調(diào)速系統(tǒng)越來越受到電氣傳動專家、學者、工程技術人員的廣泛重視，相信不久的將來，在取代直流調(diào)速系統(tǒng)方面其作用將超過異步電動機調(diào)速系統(tǒng)。第二章 同步電動機的概述第二章 同步電動機的概述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(gòu)，大到大型同步電動機一直流發(fā)電機組，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)，甚至超前。在一個工廠里，只需有一