【正文】 異步電動機相比，可以不需要無功勵磁電流，以致顯著提高功率因數(shù)，減少定子電流和定子銅耗，而且在穩(wěn)定運行時沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進而可以因總損耗降低而減小風扇容量甚至去掉風扇，從而減小甚至省去了相應的風摩損耗。同步電動機比異步電動機對電壓和轉(zhuǎn)矩的擾動具有更強的承受能力，能做出比較快的反應。同步調(diào)相機實際上是空載運行的同步電動機，專門用來調(diào)節(jié)無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。鼠籠繞組是用來產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩的，而當電動機旋轉(zhuǎn)到一定的轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子凸極就跟住定子線圈的電流頻率而達到同步。轉(zhuǎn)子不需要勵磁的同步電機。由于這種同步電動機不能自動啟動，所以在轉(zhuǎn)子上還裝有鼠籠式繞組而作為電動機啟動之用。對于旋轉(zhuǎn)磁極同步電動機按照磁極的形狀又可分為凸極式和隱極式，兩者的區(qū)別見下表：磁極的形狀氣隙特性轉(zhuǎn)子形狀結構特性采用條件凸極式不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部氣隙較大結構簡單（） 隱極式均勻圓柱形結構復雜轉(zhuǎn)速較高 同步電動機的磁極結構分類按照軸的安裝方式還可分為立式和臥式，按照冷卻方式可分為空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻、混合冷卻方式。而感應電機的轉(zhuǎn)速是可以變化的。小到電鐘和記錄式儀表的定時旋轉(zhuǎn)機構，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。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。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。本系列電機功率比TYZ系列大。比如：TYZ系列同步電機主要特點是結構簡單，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。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。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。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 電磁方案結果分析 66 66 66 66 電機損耗與效率計算結果的對比 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 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構而在工農(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。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。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構。 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。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)子結構。⑤運用AUTOCAD繪圖軟件，繪制定轉(zhuǎn)子沖片和繞組連接圖。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。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)電機軸向立式的結構。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。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。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。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構上要比籠型異步電動機復雜，但比直流電動機簡單。（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。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。 同步電機作為電動機使用，用以拖動生產(chǎn)機械，尤其是在不要求調(diào)速的大功率生產(chǎn)機械中，同步電動機用的很多，可通過調(diào)節(jié)其勵磁電流來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。此外，根據(jù)轉(zhuǎn)子有無勵磁，同步電動機在結構還可分為兩種：轉(zhuǎn)子用直流電進行勵磁。鼠籠繞組放在轉(zhuǎn)子的周圍，結構與異步電動機相似。轉(zhuǎn)子不勵磁的同步電動機能夠運用于單相電源上，也能運用于多相電源上。凸極的極性是由定子感應出來的，因此它的數(shù)目應和定子上極數(shù)相等，當電動機轉(zhuǎn)到它應有的速度時，鼠籠繞組就失去了作用，維持旋轉(zhuǎn)是靠著轉(zhuǎn)子與磁極跟住定子磁極，使之同步。同步電動機及同步調(diào)相機一般都采用凸極結構。當異步電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，要求電機的轉(zhuǎn)差率也跟著變化，即電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生相應的變化，但是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的慣性阻礙電機響應的快速性。這樣，它的效率比同規(guī)格的異步電動機可以提高2一8個百分點。其主要結構部件有:定子、轉(zhuǎn)子、軸承裝置、滑環(huán)裝置和底板等，其中定子與轉(zhuǎn)子之間為空氣隙。大型同步電動機由于尺寸太大，硅鋼片常為扇形沖片，然后組裝成圓形。 端蓋的作用與異步電機相同，將電機本體的兩端封蓋起來，并與機座、定子鐵心和轉(zhuǎn)子一起構成電機內(nèi)部完整的通風系統(tǒng)。隱極式轉(zhuǎn)子的圓周上開槽，槽中嵌放分布式直流勵磁繞組。，結構比較簡單，磁極形狀與直流機相似，磁極上裝有集中式直流勵磁繞阻。此繞組在同步電動機中主要作起動繞組使用，同步運行時也起穩(wěn)定作用。在電力網(wǎng)運行中，要求功率因數(shù)越大越好，希望電網(wǎng)視在功率中的大部分為有功功率。通過調(diào)節(jié)電動機的勵磁電流，使其處于過激狀態(tài)，可以使同步電動機向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送的無功功率，從而提高工礦企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)。目前國內(nèi)占統(tǒng)治地位的是由微機控制的可控硅整流勵磁裝置實現(xiàn)勵磁。 載流導體：三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體。交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。和異步電機不同的是，同步電動機的轉(zhuǎn)子是由另外的直流電源勵磁(或用永久磁鐵)產(chǎn)生的固定磁極（上S下N），如圖31中的轉(zhuǎn)子磁極所示。 同步電動機的電磁關系雖然同步電機的定子繞組與異步電機完全相同，但是轉(zhuǎn)子相差較大，特別是凸極式轉(zhuǎn)子。如果忽略同步電機空載時的電樞電流（定子電流），即，同步電動機只有轉(zhuǎn)子的勵磁繞組里通入直流勵磁電流，勵磁電流產(chǎn)生的磁動勢稱勵磁磁動勢，用表示。無論是同步電動機還是同步發(fā)電機，勵磁繞組產(chǎn)生的磁動勢均被稱為空載磁動勢?？臻g電角度的地方稱橫軸，或稱q軸，如圖33 所示。顯然經(jīng)過的磁路是依縱軸對稱的磁路，并且隨著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。由于同步電動機運行原理是定子繞組產(chǎn)生的磁極吸引轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)動，那么同步電動機的轉(zhuǎn)向亦是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。由于凸極式同步電機沿定子內(nèi)圓的圓周方向氣隙很不均勻，極面下（d軸處）的氣隙小，兩極之間（q軸處）的氣隙較大。為此必須尋求一個合適的分析方法——同步電機的雙反應原理。 圖35 電樞磁動勢及交軸和直軸分量這樣可以單獨考慮正弦磁動勢或在電機主磁路里產(chǎn)生磁通的情況。而橫軸電樞磁動勢單獨在電機的主磁路里產(chǎn)生的磁通，稱橫軸電樞磁通，用表示，如圖36（b）所示。根據(jù)和的相位關系可知，和之間的夾角為90176。如果按圖37的所示參考方向，即用電動機慣例定向。對同一臺電機，和都是常數(shù)。結合同步電機的電勢方程，其電磁關系可表示為如下關系,即根據(jù)式（38）可以畫出同步電機的相矢圖（領先型），如圖38所示。功率角的含義很豐富。如果把磁動勢用一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的“等效磁極”表示，同步電動機的運行可以看成等效磁極拖著轉(zhuǎn)子磁極以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如圖310所示。同時有 （312） 上述三個角度：功率因數(shù)角、內(nèi)功率因數(shù)角和功率角在分析凸極同步電動機時非常有用。通常同步電動機的轉(zhuǎn)子直流勵磁功率也應計入總損耗之中。根據(jù)式（324）可得電磁轉(zhuǎn)矩為 (326)當定子加額定電壓，勵磁電流不變，和均為常數(shù)時，同步電動機的電磁功率與功率角的關系，稱為同步電動機的功角特性，即。第二項是由于引起，也就是因電機轉(zhuǎn)子是凸極引起的，因此稱為凸極電磁功率。當時。圖312 凸極同步電動機的功角特性曲線圖312中曲線1為勵磁電磁功率與的關系曲線，曲線2為凸極電磁功率與的關系曲線，曲線3為合成的總電磁功率與的關系曲線，可見的最大電磁功率對應與小于90176。這樣式（326)表示的矩角特性曲線與功角曲線有相同的形狀，它們之間只差一個比例尺。 1． 同步電動機的穩(wěn)定運行范圍當同步電動機拖動機械負載運行在的范圍內(nèi)某一點，如圖314中的圖314 同步電動機的運行穩(wěn)定性時，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等，拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行。如果負載轉(zhuǎn)矩又恢復為，電動機的角恢復為，所以電動機能夠穩(wěn)定運行。于是，電動機的角必將進一步增加，電磁轉(zhuǎn)矩也會進一步減小。同步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，叫過載倍數(shù)，用表示。所以同步電動機的機械特性為一條直線，是硬特性。為了保持同步電動機穩(wěn)定運行，角不能超出允許的范圍，如圖317所示。為了簡單起見，采用隱極式同步電動機電動勢相量圖來進行分析，所得結論完全可以用在凸極式同步電動機上。根據(jù)隱極式同步電動機的電壓方程（忽略定子電阻），畫出不同勵磁電流、時的相量圖，如圖318所示。從圖318可以看出，當改變勵磁電流時，同步電動機功率因數(shù)的變化規(guī)律。當勵磁電流比正常勵磁電流小時，稱為欠勵磁狀態(tài)。這種情況下運行的同步電動機像是個電阻電感負載。這種情況下運行的同步電動機，像是個電阻電容負載。所以同步電動機功率因數(shù)完全可以通過人為地調(diào)節(jié)勵磁電流改變勵磁磁動勢大小來實現(xiàn)。有時，為了改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，可使同步電動機不帶負載，浮接在電網(wǎng)上而運行于過勵磁狀態(tài)。由于勵磁電流變化時，定子電流變化規(guī)律像V字形狀，故稱V形曲線。 圖319 同步電動機的V型曲線當電動機輸出某一恒定功率時，對應有一條V型曲線，如圖3