【正文】 tor to save energy efficient synchronous generator. 第一套方案是選定各項數(shù)據(jù)按照計算程序來初步設(shè)計一臺電機(jī)，使其符合同步發(fā)電機(jī)的效率、溫升等要求，第二套方案是在方案1的基礎(chǔ)上重新選擇數(shù)據(jù)使同步發(fā)電機(jī)的效率和溫升達(dá)到最佳，最后一套方案是在方案2的基礎(chǔ)上再想辦法使同步發(fā)電機(jī)的使用材料最節(jié)省。 At the same time control loop design. 通過這三個方案，使我更深入了解了同步電機(jī)設(shè)計的步驟和方法，同時對 CAD 軟件的應(yīng)用，制圖等的一系列的細(xì)節(jié)操作更加熟練。將電能從最初的能源形式轉(zhuǎn)化過來的重要橋梁，又是再將大部分電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。同步電動機(jī)是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的交流電動機(jī)。常用于多機(jī)同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)和大型設(shè)備(如軋鋼機(jī))等。為此，在很多時候，同步電動機(jī)是用以改進(jìn)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)的。與異步電機(jī)相比,同步電動機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1． 穩(wěn)定運(yùn)行時轉(zhuǎn)速恒定(同步速)，只與電源頻率有關(guān)，不隨負(fù)載和電壓的變化而變化；2． 運(yùn)行穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的過載能力；3． 功率因數(shù)較高，因為同步電動機(jī)可以通過調(diào)節(jié)其勵磁電流提高功率因數(shù)，可在功率因數(shù)為1的狀態(tài)下運(yùn)行；還能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，即在領(lǐng)先的功率因數(shù)下運(yùn)行；4． 運(yùn)行效率高，低速運(yùn)行時尤為明顯；對于大容量電動機(jī)，同步電動機(jī)體積反而比異步電動機(jī)??；5． 隨著電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，同步電動機(jī)也能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，在大容量電力拖動場合，同步電動機(jī)的控制性能優(yōu)于異步電動機(jī)。前者在小容量同步電機(jī)中得到某些應(yīng)用，后者廣泛用于高電壓、中大容量的同步電機(jī)，并成為同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式。由于汽輪機(jī)是告訴的原動機(jī)，故火電站中的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一般做成二級隱極式。 通常,同步電機(jī)的主要類型有：１．汽輪發(fā)電機(jī) 　　定子大體上與異步電機(jī)相同，,。 為了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力，一般采用隱極式轉(zhuǎn)子，其外形常做成一個細(xì)長的圓柱體。水輪發(fā)電機(jī)的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接。當(dāng)鐵心外徑小于１m時骼整圓沖片，大于1m時，用扇形片。在容量較大的電機(jī)里，磁軛仍用鋼板沖成的扇形片疊成；在小容量或高速電機(jī)里多用鑄鋼鑄成。軸承也有兩種：滑動軸承與滾動軸承。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)際上是一臺按在交流電網(wǎng)上空轉(zhuǎn)的同步電動機(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)對無功功率的要求。由磁極、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、滑環(huán)、電刷等組成，在電刷和滑環(huán)通入直流電勵磁，產(chǎn)固定磁極。凸極特點(diǎn)：　　同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)速高低和容量大小分為凸極式和隱極式兩種?！　‰[極同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子為圓柱體，勵磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，隱極式同步電動機(jī)的空氣隙是均勻的。 同步電機(jī)的工作原理磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。通過引出線，即可提供交流電源。反映空載電動勢與勵磁電流關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。三相基波電勢有效值為= 0 。 3．，同步電機(jī)的空載特性也常用標(biāo)么值表示，空載電勢以額定電壓為基值，此時的勵磁電流 (稱為額定勵磁電流)為勵磁電流的基值。飽和系數(shù)k =勵磁磁動勢/氣隙磁動勢=ac/ab= /。：①均是幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢； ②均是階梯波，基波為正弦波； ③轉(zhuǎn)速為n1?？蛰d特性 　發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行。電樞反應(yīng) 　當(dāng)發(fā)電機(jī)接上對稱負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。電樞反應(yīng)磁場還與負(fù)載情況有關(guān)。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時，發(fā)電機(jī)端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系,如圖2所示。在外特性中，從空載到額定負(fù)載時電壓的變化程度稱為電壓變化率△U，常用百分?jǐn)?shù)表示為同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為20～40%。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是確定電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機(jī)械計算及通風(fēng)和溫升計算。 額定數(shù)據(jù) : 額定電壓: UN(V)，額定運(yùn)行時，規(guī)定加在定子繞組上的線電壓；額定電流：IN(A),額定運(yùn)行時，規(guī)定加在定子繞組上的線電流；額定功率:槽滿率是導(dǎo)線有規(guī)則排列所占的面積與槽的有效面積之比，即 較高的St值不僅可以縮小槽面積（鐵心尺寸也可相應(yīng)縮小），而且有利于內(nèi)導(dǎo)線的散熱；但是卻給嵌線帶來困難并增加嵌線工時。但是氣隙不能過小，否則除影響機(jī)器可靠性外，還會使諧波磁場及諧波電抗增大，導(dǎo)致啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較高溫升和較大噪聲。對功率較小的電機(jī)，可用這個公式——為定子內(nèi)徑，單位m。頻率越高，趨膚效用越顯著。因之線棒的交流電阻要比直流電阻大。因此在大型交流電機(jī)定子繞組，通常不用尺寸（特別是沿槽高方向的尺寸）較大的單根導(dǎo)體做成的線棒，而用由很多股細(xì)導(dǎo)線組成線棒，使集膚作用只產(chǎn)生在高度比較小的細(xì)導(dǎo)線截面范圍內(nèi)，以降低渦流損耗。一般說，飽和程度不同，相應(yīng)參數(shù)值也會有所不同。這相當(dāng)于減少了定、轉(zhuǎn)子間的互感電抗，而增加了定、轉(zhuǎn)子的漏抗。對于感應(yīng)動機(jī)和同步電機(jī)，同時還要確定它們的定子外徑。對于直流電機(jī)，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)，則是定子外徑。因此在其他條件相同時，計算轉(zhuǎn)矩相近的電機(jī)所耗用的有效材料也相近；功率較大、轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)有可能和功率較小、轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)體積接近，從而二者可能采用相同的電樞直徑及某些其他尺寸，并通用機(jī)座、端蓋等零部件。因轉(zhuǎn)速增高時，機(jī)械損耗隨之增加，直流電機(jī)中，鐵耗也將增加，于是電磁負(fù)荷只好降低。電磁負(fù)荷越高，電機(jī)的尺寸將越小，重量就越輕，成本就越低。為了簡化物理圖像及電磁計算，把電機(jī)中的磁場分為主磁場及漏磁場。如果積分路徑沿著磁場強(qiáng)度矢量方向（即沿著磁力線），則。電阻越大，電機(jī)運(yùn)行時繞組中的電損耗就較大，繞組中的瞬變電流增長或衰減速度則較快。此外，在同步電機(jī)里，瞬間電抗也與漏抗的大小密切相關(guān)，而瞬變電抗對電機(jī)的動態(tài)特性有很大的影響。為了降低損耗，就得選取較低的電磁負(fù)荷以及電流密度等，但這樣會增加電機(jī)的尺寸及材料的耗用量。（2）空載時鐵心的附加損耗，它主要指定子和轉(zhuǎn)子開槽而引起的氣隙磁導(dǎo)諧波磁場在對方鐵心表面產(chǎn)生的表面損耗和因開槽而使對方齒中磁通因電機(jī)旋轉(zhuǎn)而變化所產(chǎn)生的脈振損耗。以上（1）（2）（5）項稱為空載損耗，因為它們可在空載試驗中測得。電機(jī)的溫升計算電機(jī)運(yùn)行時要產(chǎn)生損耗，這些損耗都轉(zhuǎn)變成熱能，使得電機(jī)的各部分溫度升高。隨著物體溫度的增加，它與周圍介質(zhì)的溫差增大，散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量也逐漸增加。才使電機(jī)的容量具有確切的意義。此次設(shè)計沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以在此對它只作簡單的介紹。（3）確定某些零部件（例如轉(zhuǎn)子鐵心與軸，機(jī)座與端蓋）之間的機(jī)械連接方法、 配合種類等等。（3）要盡量使零部件符合“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化”的要求，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的材料，注意零部件的通用。 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計和機(jī)械計算是電機(jī)設(shè)計的一個組成部分，它主要是電磁設(shè)計完成后進(jìn)行的。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容和原則大致內(nèi)容：（1）確定電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)型式，包括防護(hù)型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式、安裝方式、通風(fēng)系統(tǒng)等。考慮下列原則：（1）應(yīng)保證電機(jī)在規(guī)定期限內(nèi)能安全可靠的運(yùn)行。（5）應(yīng)考慮電機(jī)的裝拆和維修方便，并注意運(yùn)輸條件與使用單位的技術(shù)條件。2. 完成主要尺寸中定子外徑、電樞氣隙處直徑、極距、氣隙大小、最大氣隙、磁極在氣隙處直徑、磁軛外徑、磁軛內(nèi)徑和周邊速度的計算。（六）進(jìn)行每槽導(dǎo)體數(shù)、繞組并聯(lián)支路數(shù)、每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)、繞組系數(shù)、線負(fù)荷 電樞線規(guī)、電樞繞組電密、電樞發(fā)熱參數(shù)、每槽導(dǎo)線所占面積、每槽有效面積和槽滿率的計算三、確定鐵心長度：（一）計算定子槽型，槽節(jié)距及齒寬、平均齒寬和電樞卡氏系數(shù)以及每極磁通和氣隙磁密（二）根據(jù)電樞齒磁密要求計算，選?。ㄈ┯墒胶蜌庀洞琶苡嬎悖ㄋ模┯嬎汶姌需F心長、磁極鐵心長、鐵心有效長、鐵心純長和磁極鐵心凈長。5． 磁路計算。9． 短路電流，過載能力及暫態(tài)電抗計算。電樞繞組銅重在定子槽形不變且槽滿率變化不是很大并的情況下也是隨鐵心長度的增加而增加。綜合來看,銅線總重基本變化不是很大。這是因為每相電樞繞組長隨鐵心長度的增加而減小。 電 磁 負(fù) 荷方案一方案二方案三電樞齒部磁密161801618016180電樞軛部磁密1282012157氣隙磁密750075007500線負(fù)荷310343電樞繞組電密885885885槽滿率（%）從上表可以看出:三個方案中，電樞齒部磁密、電樞軛部磁密、氣隙磁密、磁極氣隙磁密脈動幅值的大小變化不大。電 機(jī) 參 數(shù)方案一方案二方案三電樞繞組每相電組標(biāo)幺值每相漏磁電抗標(biāo)幺值直軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)幺值橫軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)幺值直軸同步電抗標(biāo)幺值橫軸同步電抗標(biāo)幺值勵磁繞組漏抗標(biāo)幺值勵磁繞組總電抗標(biāo)幺值瞬變直軸電抗標(biāo)幺值瞬變橫軸電抗標(biāo)幺值從上表可以看出:三個方案中, 直軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)幺值、橫軸電樞反應(yīng)電抗標(biāo)幺值、直軸同步電抗標(biāo)幺值、橫軸同步電抗標(biāo)幺值、勵磁繞組漏抗標(biāo)幺值、勵磁繞組總電抗標(biāo)幺值、瞬變直軸電抗標(biāo)幺值和瞬變橫軸電抗標(biāo)幺值的大小均是隨鐵心長度的增加而減小的。鐵心長度增加,各項電銅耗各項參數(shù)略有減小。但在實(shí)際的電機(jī)設(shè)計中不能一味地追求材料最省或效率最高，而應(yīng)從成本，加工工藝等多方面考慮。而計算機(jī)輔助繪圖軟件AutoCAD正是一個具有算機(jī)輔助設(shè)計功能的軟件。幾何圖形命令：矩形、正多邊形、圓、橢圓、橢圓弧。改變圖形尺寸命令：拉伸、比例縮放、延伸、修剪、倒角、倒圓角、斷開。一，圖層、顏色： 圖層操作：創(chuàng)建新圖層、圖層命令、重命名、圖層刪除、圖層關(guān)閉、凍結(jié)/解凍、鎖定/解鎖、設(shè)為當(dāng)前層。圖層管理器：建立圖層性質(zhì)和繪圖操作。對圖樣作精確的尺寸標(biāo)注，清晰的文本書寫和對齊方式，按照國家標(biāo)準(zhǔn)尺寸標(biāo)注格式進(jìn)行標(biāo)注。在AUTOCAD中新建一個文件。安在定子上槽可一對原畫出的槽進(jìn)行縮放并旋轉(zhuǎn)就行。因為轉(zhuǎn)子沖片圖沿軸線是對稱的，只要畫出一部分然后利用工具欄中的鏡像復(fù)制來繪制與之對稱的另一半，或者使用MIRROR命令。 繞線圖這個圖看似比較復(fù)雜。這種調(diào)速的方法叫變頻調(diào)速。在交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻是由逆變器來完成的，而變壓則有以下4種方式：（PWM）形變壓PWM技術(shù)是通過半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，控制脈沖序列的調(diào)制周期和脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)輸出頻率和電業(yè)調(diào)節(jié)的一種技術(shù)。交流電動機(jī)矢量控制的基本思想是將三相交流電動機(jī)模擬成直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律。借助于坐標(biāo)變換，使人們從靜止的坐標(biāo)系進(jìn)入同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，站在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上看，電動機(jī)各矢量都變成了靜止矢量，它們在坐標(biāo)系上的各分量都是直流量，可以很方便的從統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)，找到轉(zhuǎn)矩和被控矢量各分量的關(guān)系，實(shí)時的算出轉(zhuǎn)矩控制所需要的被控矢量各分量的值。圖3 電動機(jī)磁通矢量圖統(tǒng)一的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式為則同步電動機(jī)的矢量圖如圖4所示。和直流電動機(jī)一樣，的給定量從速度調(diào)節(jié)器輸出。在軋機(jī)和提升主傳動中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了很好的效果。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需要輸入的信號有：(1)逆變器直流側(cè)電壓Udc(2)定子兩相電流、。它已經(jīng)被ABB公司應(yīng)用到ACS6000變頻調(diào)速系統(tǒng)中，用來控制主井提升同步電動機(jī)調(diào)速。由，經(jīng)坐標(biāo)變換得到定子三相電流的期望值，借助于電流控制系統(tǒng)，使定子三個電流的實(shí)際值等于他們的給定值(圖2中的第三個方框的任務(wù))，便完成了矢量控制的全部任務(wù)?？梢?，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式和直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式很相似，差別僅在于直流電動機(jī)公式中的轉(zhuǎn)矩電流是物理上存在的定子電樞電流，而同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流是不直接存在的定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸上的直流分量。整個矢量控制過程可用框圖2表示。并使兩分量相互垂直，彼此獨(dú)立，完全解耦，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。從應(yīng)用角度看，其不僅具有顯著的節(jié)電性能，而且還具有如下的優(yōu)良性能：　1)高速響應(yīng)、低噪聲、大范圍、高精度平滑無級調(diào)速；　2)體積小、重量輕、可掛墻安裝，占地面積?。?)保護(hù)功能完善，能自診斷顯示故障所在，維護(hù)簡便；4)操作方便、簡單；　5)內(nèi)設(shè)功能多，可滿足不同工藝要求； 6)具有通用的外部接口端子，可同計算機(jī)、PLC聯(lián)機(jī)，便于實(shí)現(xiàn)自動控制； 7)軟起動、軟停機(jī)，具有電流限定和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制；　8)電動機(jī)直接在線起動，起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，減小對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，并具有轉(zhuǎn)矩提升功能，節(jié)省軟起動裝置；　9)功率因數(shù)高，節(jié)省電容補(bǔ)償裝置；　　 10)與鼠籠式；轉(zhuǎn)子電動機(jī)結(jié)合，使調(diào)速系統(tǒng)維護(hù)更加簡單經(jīng)濟(jì)。也就是說，變頻器的任務(wù)是把電壓和頻率恒定的電網(wǎng)電壓變成電壓和頻率可調(diào)的交流電。電樞繞組單元圖畫法比較簡單,根據(jù)電樞繞組尺寸畫出。其它部分的繪制都可以使用簡單的繪線命令。最后在此圓上開個梯形槽，方法可用修改欄里的打斷，將直線和圓的交點(diǎn)處直線刪除。先選擇繪圖欄中的圓弧，再選擇畫圓弧的方法為圓心、起點(diǎn)、終點(diǎn)。設(shè)計好繞組分配圖后，繪制定子沖片是比較簡單的，利用繪線和