【正文】 上的矢量在同一靜止的坐標系XOY上進行表示以后，與永磁同步電動機同樣在轉(zhuǎn)子磁鏈上建立的dq坐標系，可以得到同步電機的磁場與矢量如圖所示。此外，在d，q，0坐標系統(tǒng)中，及，和，和等分別代表了定子縱軸方向和橫軸方向的家鄉(xiāng)回路中的電流，磁鏈及電壓，而在，0坐標系統(tǒng)中，具有相似變換式的與，與，與等，則為定子軸方向和軸方向假象回路中的電流磁鏈及電壓，這樣一來，我們又得到了同步電動機的一種物理模型，它相當于將三相同步電機轉(zhuǎn)化為等效的兩相同步電動機。但是本課題選，0坐標系統(tǒng)。假定原來的一組變量為，…， ，令= （1）或者Y=CX時，可獲得另一組新變量。同樣，如果將正弦波N等分，并將每一個區(qū)域看成一個寬度相等的，幅值不同的窄波沖，這樣的窄脈沖便可以用一列幅值相等寬度不等，同時面積與等分的矩形脈沖串來代替，這就是正弦波PWM調(diào)制的基本原理。PWM控制的關(guān)鍵是如何將直流電壓轉(zhuǎn)換成電機控制所需的正弦波。電流控制和電壓控制型逆變一般用于交通運輸，冶金，礦山等大型逆變器。從控制形式上，整流可以分為不可控整流（二極管整流）與可控整流（晶閘管整流）兩種。由此看來，調(diào)節(jié)同步電動機的勵磁電流就可以改變同步電動機的功率因素角，可以看到，過勵的時候，功率因數(shù)是超前的，而欠勵的時候，功率因數(shù)是滯后的。當電動機的負載不變時，級在恒定的負載轉(zhuǎn)矩運行下，從電網(wǎng)輸入的電流中，有功分量基本上是保持不變的，而無功分量的大小就會隨著電動機的功率因數(shù)的和勵磁電流的改變而改變。當然，彈簧被拉升的長度是有限的，同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩也必須有一定的限度，如果超出了這個限度，同步機就會失去同步而不能正常的工作了。我們可以把這樣的S極和N極之間的磁拉力看成是轉(zhuǎn)子主磁場和氣隙磁場之間存在著一種彈簧關(guān)系的聯(lián)系。 同步電動機的工作原理同步電動機的工作原理與異步電機不大一樣，他的工作原理主要是根據(jù)氣隙磁場和轉(zhuǎn)子磁場中的磁拉力而形成的，當三相電源接通到定子三相繞組后，定子三相繞組就會產(chǎn)生三相電流，從而在定子上形成旋轉(zhuǎn)磁勢的旋轉(zhuǎn)磁場。恒定電流勵磁可以調(diào)節(jié)的范圍很廣，這樣就能夠?qū)﹄妱訖C的功率因素進行很好的控制。目前用的比較廣泛的是靜止整流器勵磁系統(tǒng)，它的主電路一般而言，是采用三相橋控式整流電路。直流發(fā)電機勵磁系統(tǒng)改變直流勵磁機的勵磁電流就能控制同步電動機的勵磁電壓，進而就能控制勵磁電流了。啟動的過程中能自動實現(xiàn)下面的一些功能，勵磁繞組能夠附加短路電阻，將附加電阻能夠立即的清除掉。繞線轉(zhuǎn)子要利用滑環(huán)和電刷， 基本技術(shù)要求㈠、同步發(fā)電機銘牌額定數(shù)據(jù)同步電機的額定值有:a) 額定容量；b) 額定功率；c) 額定電壓；d) 額定頻率；e) 額定電流；f) 額定功率因數(shù)；g) 額定效率；h) 額定轉(zhuǎn)速；i) 額定勵磁電流和額定勵磁電壓。大容量高電壓多用開口槽；小容量低電壓多用半閉口槽。 主要結(jié)構(gòu)部件同步電機只要是由定子，轉(zhuǎn)子，端蓋和軸承等部件構(gòu)成，其中最主要的還是定子、轉(zhuǎn)子兩個基本部分（1）定子定子部分由定子鐵心、定子電樞繞組組成。當作為發(fā)電機運行時，勵磁繞組中通入直流電流，電機內(nèi)產(chǎn)生磁場，由原動機拖動電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁場與定子導體之間有了相對運動，在定子繞組中就會感應交流電動勢。 同步電機的基本特點同步電動機與感應電機一樣，也是運用電磁感應的原理的一種交流旋轉(zhuǎn)電機。同步電動機運行時的速度為同步速，與頻率有著穩(wěn)定的對應關(guān)系。目前，我國是同步電機的生產(chǎn)大國，尤其是小型的同步電機市場，中國占據(jù)著很大市場，同時我們要看到，電機市場的競爭相當?shù)募ち?，所以，我們必須提高生產(chǎn)的自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本以及提高新產(chǎn)品的研究開發(fā)。最后根據(jù)自己的設計過程，寫出自己的心得體會。接著引出本文的正題，即電機設計，關(guān)于電機設計這一塊，先介紹了下電機設計應當注意的內(nèi)容，包括氣隙對電機性能的影響，槽滿率對電機性能的影響。本人授權(quán)南昌大學可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。除了文中特別加以標注引用的內(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的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。 保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書。其次就根據(jù)自己的課題進行電機設計。同時利用CAD畫出電機的定子，轉(zhuǎn)子，以及繞組的分布圖。第一章 同步電機概述第一章 同步電機概論同步電機可分為同步電動機和同步發(fā)電機。同步電機在定子鐵芯上的槽內(nèi)放置導線，轉(zhuǎn)子上裝有磁極及勵磁繞組。同步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和釘子電流的頻率f之間，維持著不變的關(guān)系，就是：n=60f/P同步電機的主要運行方式有三種，即作為發(fā)電機、電動機和補償機運行。交流電動勢的頻率f決定于極數(shù)p和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n，即f=pn/60，可以看出，當電機的頻率一定時，發(fā)出的交流電動勢的頻率也是固定的。為了減少定子鐵芯的鐵耗，定子鐵芯是由硅鋼片疊成的，疊層之間還留出通風槽。定子繞組是由許多線圈聯(lián)接而成，每個線圈又是由多股銅線繞制而成的。㈡、主要技術(shù)指標同步發(fā)電機主要技術(shù)指標有:a) 效率η：電動機輸出機械功率與輸入電功率之比,通常用百分數(shù)表示；b) 功率因數(shù)COSφ：電動機輸入有效功率與視在功率之比；c) 堵轉(zhuǎn)電流Ik：電動機在額定電壓、額定頻率和轉(zhuǎn)子堵住時從供電回路輸入的穩(wěn)態(tài)電流有效值；d) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk：動機在額定電壓、額定頻率和轉(zhuǎn)子堵住時所產(chǎn)生的最小測得值；e) 最大轉(zhuǎn)矩：電動機在額定電壓、額定頻率和運行溫度下,轉(zhuǎn)速不發(fā)生突降時所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。3）我們通常盡量改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，于是大中型的同步電動機應該是按照功率因數(shù)不變或者是輸出功率不變來進行勵磁電流的調(diào)節(jié)的。勵磁調(diào)節(jié)其的用途是對勵磁電流能進行調(diào)節(jié)，然后是它能運行在給定的數(shù)值之上。然后給同步電動機的勵磁繞組提供電源。靜止整流器勵磁系統(tǒng)具有良好的可靠性能。轉(zhuǎn)子籠型啟動繞組被旋轉(zhuǎn)磁場切割，產(chǎn)生了啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流，電機轉(zhuǎn)速慢慢升高的過程中，投入勵磁，產(chǎn)生主磁場，在氣隙磁場和主磁場之間產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)速距的作用下，電動機被帶入同步。當電動機空載運行的時候，彈簧也就像是處于沒有別拉伸的狀態(tài)，這個時候，主磁場和氣隙磁場的軸線就是重合的，電磁轉(zhuǎn)矩的大小就是零，當電動機帶上負載以后，彈簧就好像是被拉伸了，這時主磁場和氣息磁場就被拉開了一個角度，從而產(chǎn)生了一定的同步電磁轉(zhuǎn)矩。同步電動機的轉(zhuǎn)子主磁場和氣隙磁場之間的磁拉力，會產(chǎn)生一個電磁轉(zhuǎn)矩，這個電磁轉(zhuǎn)矩就稱之為同步轉(zhuǎn)矩。當功率因素為1的時候，無功電流分量就等于0，電樞電流就達到最小值，這個時候的勵磁就稱之為正常勵磁。42第二章 同步電動機變頻調(diào)速及其控制系統(tǒng)第二章 同步電動機變頻調(diào)速及其控制系統(tǒng) 同步電動機的變頻調(diào)速1）整流電路的基本形式整流的作用是將交流輸入轉(zhuǎn)換成直流輸出，由于電網(wǎng)的額定頻率一般為50HZ，它對電力電子器件的工作頻率要求不高，且不需要關(guān)斷，為此，幾乎所有的逆變器都是使用二極管或晶閘管作為整流器件?？煽卣鞯淖畲髢?yōu)點是輸出可以調(diào)節(jié)，并可以使用回饋制動節(jié)能。而中小型的電氣設備控制用的變頻器與交流伺服驅(qū)動器通常都采用PWM控制型。下面簡要介紹一下PWM的基本原理。 同步電動機的控制系統(tǒng) 同步電機的坐標轉(zhuǎn)換同步電機的轉(zhuǎn)矩與磁場是定子旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子磁場，定子電流，轉(zhuǎn)子電流等多個變量共同作用的結(jié)果，直接分析就很麻煩，因此，先進性坐標變換。上式中的轉(zhuǎn)換矩陣C的元素稱為變換系數(shù)，可以取為常數(shù)（實數(shù)或復數(shù)），也可以取為時間t的函數(shù)。 在，0坐標系統(tǒng)中，其轉(zhuǎn)換矩陣C== （3）以電流為例，將（3）式代入（1）式中，則得 （4）其反變換為 （5），分量與d，q分量之間的關(guān)系式為 （6）在，0坐標系中，同步電機的磁鏈，電壓，輸出功率及電磁轉(zhuǎn)矩的公式如下： （7） （8） （9） （10）注意磁鏈方程（7）和電壓方程（8）都是用海氏運算法寫出的，因此，式中各項的各因子之排列順序不可隨意改變，也就是，以及運算電導等并不作用于其前面的函數(shù)，而只作用于寫在他們后面的時間函數(shù)。同步電機的轉(zhuǎn)矩與磁場是定子旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子磁場，定子電流，轉(zhuǎn)子電流等多個變量共同作用的結(jié)果，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與磁場的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同。圖中，ζ為定子的電流（旋轉(zhuǎn)磁場）與靜止的坐標系的夾角，θ為轉(zhuǎn)子軸與靜止坐標系的夾角，；ρ為轉(zhuǎn)子磁鏈和靜止坐標系的夾角。定子電壓平衡方程同步電機用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的定子電流交軸分量可以通過建立定子電壓平衡方程來求出，根據(jù)定子磁鏈的變化率，定子電壓的平衡方程式 （5）在圖一中，如果將轉(zhuǎn)子的磁鏈dq坐標系作為參考，以矢量形式表示定子磁鏈為 當轉(zhuǎn)子磁鏈軸以 速度旋轉(zhuǎn)時，定子磁鏈的全微分表達式為：=代人式子（5），并考慮到，后，可得到， （6）將（3）式代人（6）式中，消去轉(zhuǎn)子電流后可得到 （7）式子中， ，,同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩同樣可以用轉(zhuǎn)子磁鏈與定子電流正交分量（交軸分量）的乘積進行表示，從式子（7）中可見，在同步電機中，相當于用代替了永磁同步電機的常數(shù)K，因此可以得到同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩為： (8)由（4）式與（8）式可見，通過矢量變換，市現(xiàn)率定子電流在轉(zhuǎn)子磁鏈坐標系的解耦，定子電流的直軸（d軸）分量決定了轉(zhuǎn)子的磁鏈，定子電流的交軸（q軸）分量決定了電機的輸出轉(zhuǎn)矩，這樣就大大簡化了多變量強耦合交流電機的控制問題。同步電機閉環(huán)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成原理如圖所示，考慮到變頻器的閉環(huán)與開環(huán)的通用性，原則上閉環(huán)系統(tǒng)只在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行修補，因此，與開環(huán)系統(tǒng)相比較，閉環(huán)系統(tǒng)在速度反饋與頻率控制通道采用了自測電機。通常，首先根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務書（技術(shù)建議書）中規(guī)定的防護型式、安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算中所選負荷的高低，來選取合