【正文】 直流調(diào)速 交流調(diào)速電機(jī)電壓 1200V 1500~6000V功率因數(shù) ~交換器效率 ~調(diào)速范圍 %~100% 0~100%調(diào)速精度 % %速度響應(yīng) 15~30rad/s 40~100rad/s（5）維護(hù)簡(jiǎn)單化 由于交流電機(jī)無(wú)須換向器，所以維護(hù)量大大減小。（3） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于直流電機(jī)的，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。第三章 同步電機(jī)變頻調(diào)速交流電機(jī)與直流電機(jī)相比具有一下特點(diǎn)：（1） 單機(jī)容量不受限制 眾所周知，直流電機(jī)由于換向器的換向能力限制了電機(jī)的容量和速度，直流電機(jī)的極限容量和速度之積約為，而交流電機(jī)單機(jī)容量可突破這一限制。我們知道，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)必須從電網(wǎng)吸收激磁電流來(lái)建立磁場(chǎng)，所以現(xiàn)代電網(wǎng)的功率因數(shù)經(jīng)常是滯后性的。勵(lì)磁磁通勢(shì)的大小為式中為一對(duì)磁極的匝數(shù)；為勵(lì)磁繞組的分布系數(shù)，對(duì)于凸極同步電動(dòng)機(jī)，=1；是勵(lì)磁電流。電樞磁通勢(shì)的大小為式中為每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)；是每相繞組的基波繞組系數(shù)；是每相電流的有效值；是電機(jī)的極對(duì)數(shù)。這樣，我們可以仿照同步發(fā)電機(jī)列出同步電動(dòng)機(jī)的功角特性表達(dá)示： 即：這樣，我們就可以畫(huà)出凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性曲線(xiàn)。3）轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)滯后與定子軸線(xiàn)一個(gè)功角，此時(shí)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，所以我們可以斷定電機(jī)為電動(dòng)機(jī)。4） 相數(shù)m ：一般m=3。2）額定電流：流過(guò)定子繞組的線(xiàn)電流 。2）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。當(dāng)大型同步電機(jī)沖片外圓的直徑大于1m時(shí)，由于材料標(biāo)準(zhǔn)尺寸的限制，必須做成 扇形沖片，然后按圓周拼合起來(lái)疊裝而成。研究電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和原理就顯得很有必要。同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速只跟電網(wǎng)的頻率有關(guān)與負(fù)載無(wú)關(guān)，同時(shí)具備類(lèi)似直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的調(diào)節(jié)特性，及其功率因數(shù)能高達(dá)1，較一般感應(yīng)電機(jī)而言，效率較高。 the volume and material costs are reduced with reduceing efficiency . and the appropriate motor design parameters are choosed by parative analysis to develop optimal design of synchronous motor In the design, synchronous motor starting and speed performances are analyzed . With the power electronics and puter control technology developing, frequency control is applied to electric synchronous motor speed control system .the paper analyzes vector control algorithm and proposes torque control and field weakening control method, and designs frequency control system of a synchronous motor on requestKeyword: synchronous motor。通過(guò)對(duì)比分析，選擇合適的電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本人授權(quán)南昌大學(xué)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(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果。方案齊全便于用戶(hù)選用，且對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并做出了分析比較。：進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)時(shí)，既釆用手算的方法，又釆用計(jì)算機(jī)編程的方法進(jìn)行計(jì)算。采用的方法主要是手算和計(jì)算機(jī)程序算相結(jié)合的方法。使硅鋼片充分的利用。三、 本課題研究?jī)?nèi)容本課題主要是研究設(shè)計(jì)20kw同步電動(dòng)機(jī)。 控制技術(shù)方面有，將矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)引入中壓變頻器，以及研究開(kāi)發(fā)使用與中壓變頻器的PWM技術(shù)。中壓、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)實(shí)踐已有20多年了，逐步走上了實(shí)際應(yīng)用階段尤其高壓全控型功率器件產(chǎn)生以來(lái)，中壓變頻器的應(yīng)用趨勢(shì)迅速加快了。（3） PWM模式的改進(jìn)和進(jìn)化。今后幾年內(nèi)串并聯(lián)諧振式變頻器將有商品化的產(chǎn)品推出。（2） 新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率變換器的研究與開(kāi)發(fā)。各種控制結(jié)構(gòu)所依據(jù)的都是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理適用的控制機(jī)構(gòu)，仍需對(duì)交流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)、特點(diǎn)及內(nèi)在規(guī)律作深入研究和探討。用低成本制造高質(zhì)量的產(chǎn)品的過(guò)程技術(shù)也正在開(kāi)發(fā)進(jìn)程中。為了應(yīng)對(duì)這些要求，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)周期，能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)、低成本的產(chǎn)品，需要把過(guò)去生產(chǎn)中的技術(shù)信息、專(zhuān)門(mén)技術(shù)、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)等，引入到開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中。進(jìn)來(lái)對(duì)于成本和質(zhì)量的一些觀念正在發(fā)生變化。（2）節(jié)能技術(shù)在工業(yè)和工廠自動(dòng)化（FA）領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)、泵、輸送機(jī)械、機(jī)床等機(jī)械的電動(dòng)機(jī)，在家電領(lǐng)域的空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)家用電器電動(dòng)機(jī)，一般都是直接或通過(guò)減速機(jī)，以某個(gè)速度連續(xù)運(yùn)行，或者由on/off開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)斷續(xù)運(yùn)行。機(jī)械損耗以摩擦損耗和風(fēng)阻損耗為主。②鐵損。把勵(lì)磁的永久磁鐵換成高性能磁鐵，可以減少電樞電流。①銅損。這是因?yàn)楦鞣N電動(dòng)機(jī)都源于共同的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，為了滿(mǎn)足各種機(jī)器設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求，現(xiàn)在正在開(kāi)展穩(wěn)健的技術(shù)開(kāi)發(fā)。鋼鐵工業(yè)中的初軋機(jī)要求其傳動(dòng)系統(tǒng)具有大容量、低轉(zhuǎn)速、頻率快速的正反轉(zhuǎn)、過(guò)載能力大等特點(diǎn)，并有較強(qiáng)的抗干擾能力。大容量不調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)，存在啟動(dòng)困難的問(wèn)題。大容量同步電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)用途是作為抽水蓄能機(jī)組。但是調(diào)頻范圍最高達(dá)到20HZ（工頻為50HZ），這是這種調(diào)速系統(tǒng)的不足之處。值得注意的是這種超大容量的系統(tǒng)所用同步電動(dòng)機(jī)滑環(huán)式勵(lì)磁系統(tǒng)已改用無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。自控式同步電機(jī)又可分為兩種類(lèi)型。他控式恒壓頻比的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)目前多用于小容量場(chǎng)合，例如永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)。④同步電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)也能運(yùn)行，因?yàn)樗軓霓D(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁以建立必要的磁場(chǎng)，故它的調(diào)速范圍比較寬。若電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在=1的狀態(tài)下，電機(jī)的電樞電流最小，變頻器容量可減小。但是，同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速也有其獨(dú)自的一些優(yōu)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，同步電動(dòng)機(jī)歷來(lái)只能恒速運(yùn)行的狀況已被改變，同步電動(dòng)機(jī)和一部電動(dòng)機(jī)一樣都能調(diào)速，過(guò)去阻礙同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的起動(dòng)、振蕩和失步等問(wèn)題已經(jīng)得到解決。由于直流電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用中存在著這樣的一些限制，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用也相應(yīng)受到了局限。對(duì)于快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方式難以實(shí)現(xiàn)。但是，由于直流電動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械式換向器和電刷這一致命弱點(diǎn)，這給直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)了一系列限制，即：①機(jī)械式換向器表面的線(xiàn)速度及換向電流、電壓有一極限容許值，這就限制了單機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，交流電動(dòng)機(jī)用電量占電機(jī)中用電量的85%左右，可見(jiàn)交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的廣泛性及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。根據(jù)采用的電流制式不同，電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，其中交流電動(dòng)機(jī)擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過(guò)交流電動(dòng)機(jī)加以利用的。4. 本任務(wù)書(shū)在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評(píng)閱和畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊(cè)的主要內(nèi)容之一。密級(jí)： NANCHANG UNIVERSIT 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 THESIS OF BACHELOR（2006 —2010 年） 題 目 20kw4極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 電氣工程及其自動(dòng)化系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器06級(jí)1班 學(xué)生姓名： 馬童國(guó) 學(xué)號(hào)： 6101106017 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 職稱(chēng)： 教授 起訖日期： － 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（工科及部分理科專(zhuān)業(yè)適用） 題目：20kw4極電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目來(lái)源：□省部級(jí)以上 □市廳級(jí) □橫向 √自選題目性質(zhì)：□理論研究 √應(yīng)用與理論研究 □實(shí)際應(yīng)用研究學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系： 電氣工程及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器061班 學(xué)生姓名： 馬童國(guó) 學(xué)號(hào) 6101106017 起訖日期： － 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 職稱(chēng)： 教授 指導(dǎo)教師所在單位： 電氣與自動(dòng)化工程系 學(xué)院審核（簽名）： 審核日期： 二0 一0年制說(shuō) 明1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，并經(jīng)專(zhuān)業(yè)學(xué)科組審定，下達(dá)到學(xué)生。3. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書(shū)獨(dú)立完成開(kāi)題報(bào)告，于3周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的60%~70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即是同步電動(dòng)機(jī)；反之，若不保持這種關(guān)系，即是異步電動(dòng)機(jī)。因此，長(zhǎng)期以來(lái)的變速傳動(dòng)領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。②為了使機(jī)械換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大。④在一些易燃易爆的場(chǎng)合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場(chǎng)合不能或不宜使用直流電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：①穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)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(guò)載能力；③功率因數(shù)較高，因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)可以通過(guò)調(diào)節(jié)其勵(lì)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(shí)尤為明顯；對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)體積反而比異步電動(dòng)機(jī)小；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(dòng)機(jī)也能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，在大容量電力拖動(dòng)場(chǎng)合，同步電動(dòng)機(jī)的控制性能優(yōu)于異步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本原理和方法以及所用的變頻裝置都和異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速大體相同。②同步電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的功率因數(shù)，這對(duì)于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)有利。因此，同步電動(dòng)機(jī)比較適合于要求對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化作出快速反應(yīng)的交流調(diào)速系中。這種調(diào)速系統(tǒng)一般多采用開(kāi)環(huán)控制，因此，像接在工頻電網(wǎng)上運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)一樣，存在著轉(zhuǎn)子振蕩及失步等問(wèn)題。實(shí)際上，只要在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝了磁極位置檢測(cè)器，使其輸出信號(hào)與電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率同步，就可實(shí)現(xiàn)頻率自控。目前這種調(diào)速系統(tǒng)容量已達(dá)到數(shù)萬(wàn)千伏安，電壓等級(jí)達(dá)到萬(wàn)伏以上。交交變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)容量可以做到很大，達(dá)到10000KVA以上。對(duì)某些不要求調(diào)速的大型機(jī)械負(fù)載（功率在一萬(wàn)乃至幾千萬(wàn)千瓦），如鋼廠煉鐵高爐用鼓風(fēng)機(jī)，采用功率因數(shù)可調(diào)的同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)較為合適。待低谷負(fù)荷時(shí)，機(jī)組中的電機(jī)作電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵運(yùn)行，再把下水庫(kù)里的水抽到上水庫(kù)，如此循環(huán)工作。對(duì)鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載，變頻裝置容量只有電機(jī)額定容量的1/4；對(duì)抽水蓄能機(jī)組，僅為1/10左右。二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）電動(dòng)機(jī)包括交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等多種類(lèi)型，這是充分發(fā)揮各種電動(dòng)機(jī)的固有性能而設(shè)計(jì)成不同類(lèi)型。采取這種的形式是基本的原則。下面論述減少這些損耗的主要技術(shù)手段。電動(dòng)機(jī)電流包括勵(lì)磁電流和電樞電流，改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，把磁極換成永久磁鐵，就沒(méi)有勵(lì)磁電流。為此，改善繞組的制造工藝，提高繞組的占積率，分割核心集中繞組，減少端節(jié)線(xiàn)等措施，是繞組高密度化，達(dá)到電阻值目的。③機(jī)械損耗。從這些軸承中，選擇最合適的軸承使用。（3）高可靠、低價(jià)格化技術(shù) 把高質(zhì)量的產(chǎn)品盡快地以低成本制造出來(lái)是生產(chǎn)產(chǎn)品的出發(fā)點(diǎn)。此外，對(duì)于可再生材料和環(huán)境問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施，提出了要求，即在價(jià)格方面考慮可重復(fù)利用的成本。由于利用計(jì)算機(jī)很容易更改設(shè)計(jì)，從開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)到制造及可靠性評(píng)價(jià)的一系列工作，都可以在短時(shí)間內(nèi)高效率地完成。 十年來(lái)的實(shí)踐表明，矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用尚待隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進(jìn)一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。取消通過(guò)機(jī)械連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)及其他測(cè)速傳感器，實(shí)現(xiàn)無(wú)硬件測(cè)速傳感器的交流調(diào)速系統(tǒng)一有應(yīng)用，但是轉(zhuǎn)速推算精度和控制的實(shí)時(shí)性有待于進(jìn)一步深入研究與開(kāi)發(fā)。具有軟開(kāi)關(guān)功能的諧振變流器在國(guó)內(nèi)外都在積極進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。近期以來(lái)，已有研究成果發(fā)表，可望在不久的將來(lái)能達(dá)到實(shí)用化階段。中壓是指電壓等級(jí)為2300~10000V，中、大功率是指公率等級(jí)在300KW以上。中壓變頻器今后發(fā)展方向和研究課題為： 裝置安全技術(shù)方面有，功率器件串聯(lián)技術(shù)，隔離技術(shù)，絕緣技術(shù)，保護(hù)技術(shù)，遙控技術(shù)及通信技術(shù)，電磁兼容技術(shù)，諧波抑制技術(shù)等。預(yù)計(jì)今后10年內(nèi)，碳化硅器件會(huì)有突破性的發(fā)展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。再次，確定電機(jī)鐵心的長(zhǎng)度。 方案三與方案一主要是通過(guò)增加材料耗用來(lái)提高效率為目的，方案二與方案一主要是通過(guò)犧牲效率來(lái)達(dá)到節(jié)省材料的目的。主要研究通過(guò)增