【正文】 電機的方法，并設(shè)計交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電動機的高性能運行。2. 進度表由學(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)計工作檢查的主要依據(jù)。進度表中的周次是指實際的畢業(yè)設(shè)計進程中的周次。 畢業(yè)設(shè)計圖紙內(nèi)容及張數(shù) 定子沖片圖 1張 轉(zhuǎn)子沖片圖 1張 繞組聯(lián)接圖 1張三、畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的軟硬件的名稱、內(nèi)容及主要技術(shù)指標（例如：軟件、電路板、機電裝置、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)計進度計劃序號各階段工作內(nèi)容起訖日期實施地點1畢業(yè)實習(xí)第一周—第三周2論文的開題報告第四周—第五周3復(fù)算電機的各種參數(shù)第六周—第九周4上機設(shè)計三個優(yōu)化方案第十周—第十二周5用Autocad制圖第十二周—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 主要參考資料[1]．《電機設(shè)計》 陳世坤編 機械工業(yè)出版社 [2]．《電機學(xué)》 李發(fā)海等合編 科學(xué)出版社 [3]. 《電機學(xué)》 戴文進 徐龍權(quán) 清華大學(xué)出版社[4]．《交流電機及系統(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)計進度表（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 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)計日期： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題 目：20kw4極電勵磁同步電動機電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 自動化系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化（電機電器方向）班 級： 電機電器061班 學(xué) 號： 6101106017 姓 名： 馬童國 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 填表日期： 2010 年 3 月 22 日一、 選題的依據(jù)及意義在用電系統(tǒng)中，電動機作為主要的動力設(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。交流電動機分為同步電動機和異步異步電動機兩大類。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，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。這就表明了直流調(diào)速系統(tǒng)維檢工作量大，維修費用高，同時停機檢修的更換電刷也直接影響了正常生產(chǎn)。同步電機主要作發(fā)電機用，電力系統(tǒng)中的電能幾乎全是通過同步發(fā)電機產(chǎn)生的；但同步電機也作電動機適用，如應(yīng)用于某些大型生產(chǎn)機械的拖動系統(tǒng)中，其功率達數(shù)百或數(shù)千千瓦。超大型抽水蓄能電動發(fā)電機的變頻起動也屬于同步電動機變頻調(diào)速之列。從式中看出，只要精確地控制變頻電源的基波頻率就能準確地控制電動機的轉(zhuǎn)速。同時，轉(zhuǎn)動部分的慣性不會影響同步電動機對轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。所謂頻率他控式是指，給同步電動機供電的變頻器的輸出頻率是由轉(zhuǎn)速給定信號決定的。這樣一來，就不存在轉(zhuǎn)子失步問題，即永遠同步運行。國際上簡稱這種系統(tǒng)為LCI（Load Commutated Inverter）。采用矢量控制后，這種系統(tǒng)具有優(yōu)良的動態(tài)性能，廣泛用于軋鋼機主傳動調(diào)速中。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調(diào)速系統(tǒng)有很強的競爭力。當(dāng)電力系統(tǒng)高峰負荷時，要求水輪機拖動電動機作發(fā)電機運行，于是水庫里的水流入下水庫貯存。由于僅在啟動過程中作自控式同步電動機運行，變頻裝置的容量相對電機來說要小的多。同步電動機雖然結(jié)構(gòu)上比異步電動機復(fù)雜，但采用變頻調(diào)速后在交流傳動領(lǐng)域內(nèi)和異步電動機有著重要的作用。在結(jié)構(gòu)方面，電動機是由定子和轉(zhuǎn)子組成，原則上是轉(zhuǎn)子安裝在電動機的中心位置，對稱的配置定子。（1）高效率技術(shù) 如果將電動機的損耗分類，可以分為銅筍、鐵損、機械損耗及漂移負荷損耗。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。盡量減小勵磁繞組和電動機子繞組的電阻，就可以減小銅損。將這些低損耗的電磁硅鋼片疊合起來，采用計算機輔助設(shè)計（CAE）使磁路最優(yōu)，改善電動機制造技術(shù)以減小加工誤差。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。在帶有減速機的驅(qū)動方式中，如果取消減速機而使用變頻器控制電動機直接驅(qū)動，可以改善傳動效率和降低噪聲。最近，伴隨著全球化的國際成本競爭，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體系。利用數(shù)據(jù)庫和計算機仿真，可以不經(jīng)過試驗階段，直接進行性能評價，并且可以在計算機屏幕上觀察評價產(chǎn)品的工作狀況。（1） 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)。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(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。抑制電磁干擾的有效方法也是采用軟開關(guān)技術(shù)。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。（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)。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，是熱點課題之一。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10KV以上。其次，進行電樞繞組的選擇：,確定繞組的每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù),即:.,即：.，確定電樞繞組的線規(guī)，即。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)的增加電機鐵心的長度,從而達到減小銅耗,最終達到提高效率的目的。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。方案二，為材料最省方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機的所用材料最省。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(shè)計模具的浪費，可以提高所生產(chǎn)電機的經(jīng)濟性。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文屬于 不保密□。 隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速在同步電動機的調(diào)速系統(tǒng)中得以實現(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)計出同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)。 vector control。同步電動機正朝著永磁方向發(fā)展，而且永磁同步電動機因其優(yōu)良的工作特性和高效率等優(yōu)點正被廣泛地開發(fā)和應(yīng)用。同步電機的定子鐵芯是由硅鋼片沖制后疊裝而成。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來定義的。同步電機的額定值有：1）額定電壓：是指在正常運行時，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。對于電動機而言：輸出的是機械功率。同步電機的三種運行方式如右圖：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。一、基本方程式：電動勢：同理可得出凸極式：相量圖：相對與發(fā)電機，即可作出相應(yīng)的電動機的相量圖。當(dāng)三相同步電動機定子對稱繞組接到三相對稱電源上的時候，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。由勵磁電流產(chǎn)生的基波磁通勢，稱為勵磁磁通勢，其空間向量用表示。同步電動機的電動勢相量圖同步電動機的功率因數(shù)是超前還是滯后，和發(fā)電機一樣決定于勵磁狀態(tài)。因此，如將同步電動機在過勵狀態(tài)下和感應(yīng)電動機接在同一電網(wǎng)上，便可以使供電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高。而直流電機不僅單機體積大，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。因此，交流電機較直流電機有更好的動態(tài)響應(yīng)特性。交流調(diào)速可以采用同步電機也可以采用異步電機。而同步電機則在其滑環(huán)上有少量的維護量，但與直流電機換向器相比，他的維護量要少得多。而異步電機則完全不同，電機的激磁功率必須通過定子側(cè)獲得，因此，定子電流始終是滯后的。（4） 電機尺寸和轉(zhuǎn)動慣量 由于異步電機的定子電流由磁化電流和有功電流兩部分組成，因此，異步電機的定子必須具有較大的視在功率。同步電機的體積要比異步電機小得多。（6） 弱磁化根據(jù)異步電機原理，異步電機弱磁恒功率運行時，其最大轉(zhuǎn)矩隨電機頻率的增加呈二次方減小。 同步電動機矢量控制為了獲得高動態(tài)性能，同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以采用矢量控制，其原理與異步電動機矢量控制原理相同。電壓定向控制就是保持電壓不變，而改變勵磁電流。第二項、是由凸極效應(yīng)造成的磁阻變化在電樞反應(yīng)磁動勢作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機相媲美，而且可以控制同步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩控制時，變頻器的輸出頻率自動跟蹤負載速度的變化，但輸出頻率的變化受設(shè)定的加速和減速時間影響，如需要加快跟蹤的速度，需要將加速和減速時間設(shè)得短一些。由于轉(zhuǎn)矩控制時不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某些轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制主要用于起動或停止的過渡過程中。在勵磁控制時，電壓的大小保持不變。但對于變頻調(diào)速同步電機，f是可以變化的，那么電機極數(shù)的選擇是具有更大的靈活性。同步電機定子旋轉(zhuǎn)磁勢MMF，由分布在各定子槽中的定子電流產(chǎn)生。但是對于相同的，電機可以有不同的設(shè)計選擇，電機可以制成直徑小而鐵芯長的細長結(jié)構(gòu)，也可以做成直徑大而鐵芯短的短粗結(jié)構(gòu)。當(dāng)磁通密度不變時，電機磁通的增加必須加大磁軛的面積，這意味著要增加電機的鐵磁材料。在相同額定轉(zhuǎn)速情況下，從電機重量和成本角度出發(fā)選擇極數(shù)多、頻率高的同步電機為好，而對電機調(diào)速的動態(tài)性能要求高、重點考慮轉(zhuǎn)動慣量時，則選擇極數(shù)少頻率低的方案有利。對于交流同步電機調(diào)速系統(tǒng)的大功率變頻器，主要是采用晶閘管元件的交交變頻器、采用晶閘管負載換流的交直交電流型變頻器以及采用可關(guān)斷器件IGBT、IGCT、GTO、IEGT等的脈寬調(diào)制PWM電壓型變頻器。有些大容量同步電動機，為了能平穩(wěn)的起動，在起動過程中，改接成自控式同步電動機運行，待起動完畢，再把同步電動機直接并聯(lián)在電網(wǎng)上運行。根據(jù)所用變頻器的結(jié)構(gòu)的不同，自控式同步電動機有以下四種基本類型。如在啟動過程中變成自控式同步電動機方式，則可實現(xiàn)軟啟動，而且起動電流小，起動平穩(wěn)。橋臂上的每個晶閘管導(dǎo)通時間為120176。在這種所謂六拍觸發(fā)供電方式下，同步電機電樞繞阻里流過電流的波形，在理想情況下（不考慮換流重疊，且平波電感為無窮大）為周期性方波電流。如果是隱極式同步電動機，則不存在凸極電磁轉(zhuǎn)矩。例如，隨著負載的增加而加大時，將會導(dǎo)致電動機轉(zhuǎn)速上升，有時候甚至?xí)霈F(xiàn)電機運行不穩(wěn)定的問題。對于電網(wǎng)頻率供電f=50Hz的恒速電機，電機的轉(zhuǎn)速只與極數(shù)有關(guān)。 同步電機氣隙磁通表示為其中，為氣隙磁通；B為平均氣隙磁通密度；L為定子鐵芯長度。當(dāng)電機的磁通密度B和電流密度J一定時，對于一定的轉(zhuǎn)速，同步電機電磁功率正比于電機定子鐵芯體積系數(shù)由于同步電機的輸出功率是電磁轉(zhuǎn)矩與角速度的乘積，可以推出，無論電機轉(zhuǎn)速和功率如何，電磁轉(zhuǎn)矩正比于電機的鐵芯體積系數(shù)對于變頻調(diào)速同步電機，在相同的磁密和電密條件下，電機重量和體積的大小取決于電機的輸出轉(zhuǎn)矩。在一定轉(zhuǎn)速條件下，電機極數(shù)減少必須相應(yīng)增加電機磁通。對于變頻調(diào)速同步電機的轉(zhuǎn)速、極數(shù)、頻率和選擇，要綜合考慮電機的尺寸、重量、成本、效率、轉(zhuǎn)動慣量、機械強度等諸多因素。 三個設(shè)計方