【正文】 直流調(diào)速 交流調(diào)速電機電壓 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 15~30rad/s 40~100rad/s（5）維護簡單化 由于交流電機無須換向器，所以維護量大大減小。（3） 轉(zhuǎn)動慣量小 交流電機的轉(zhuǎn)動慣量遠小于直流電機的，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。第三章 同步電機變頻調(diào)速交流電機與直流電機相比具有一下特點：（1） 單機容量不受限制 眾所周知，直流電機由于換向器的換向能力限制了電機的容量和速度，直流電機的極限容量和速度之積約為，而交流電機單機容量可突破這一限制。我們知道，感應電動機必須從電網(wǎng)吸收激磁電流來建立磁場，所以現(xiàn)代電網(wǎng)的功率因數(shù)經(jīng)常是滯后性的。勵磁磁通勢的大小為式中為一對磁極的匝數(shù)；為勵磁繞組的分布系數(shù)，對于凸極同步電動機，=1；是勵磁電流。電樞磁通勢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；是電機的極對數(shù)。這樣，我們可以仿照同步發(fā)電機列出同步電動機的功角特性表達示： 即：這樣，我們就可以畫出凸極同步電動機的功角特性曲線。3）轉(zhuǎn)子軸線滯后與定子軸線一個功角，此時產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動性質(zhì)，所以我們可以斷定電機為電動機。4） 相數(shù)m ：一般m=3。2）額定電流：流過定子繞組的線電流 。2）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。當大型同步電機沖片外圓的直徑大于1m時，由于材料標準尺寸的限制，必須做成 扇形沖片，然后按圓周拼合起來疊裝而成。研究電勵磁同步電動機結(jié)構(gòu)和原理就顯得很有必要。同步電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速只跟電網(wǎng)的頻率有關(guān)與負載無關(guān)，同時具備類似直流電動機優(yōu)良的調(diào)節(jié)特性，及其功率因數(shù)能高達1，較一般感應電機而言，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。通過對比分析，選擇合適的電機設(shè)計參數(shù)，從而實現(xiàn)同步電動機優(yōu)化設(shè)計。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。方案齊全便于用戶選用，且對三個方案進行了詳細的研究，并做出了分析比較。：進行電動機的電磁設(shè)計時，既釆用手算的方法，又釆用計算機編程的方法進行計算。采用的方法主要是手算和計算機程序算相結(jié)合的方法。使硅鋼片充分的利用。三、 本課題研究內(nèi)容本課題主要是研究設(shè)計20kw同步電動機。 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)研究與開發(fā)實踐已有20多年了，逐步走上了實際應用階段尤其高壓全控型功率器件產(chǎn)生以來，中壓變頻器的應用趨勢迅速加快了。（3） PWM模式的改進和進化。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） 新型拓撲結(jié)構(gòu)功率變換器的研究與開發(fā)。各種控制結(jié)構(gòu)所依據(jù)的都是被控對象的數(shù)學模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理適用的控制機構(gòu)，仍需對交流電動機數(shù)學模型的性質(zhì)、特點及內(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)品的過程技術(shù)也正在開發(fā)進程中。為了應對這些要求，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計周期，能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)、低成本的產(chǎn)品，需要把過去生產(chǎn)中的技術(shù)信息、專門技術(shù)、專家經(jīng)驗等，引入到開發(fā)設(shè)計過程中。進來對于成本和質(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)和工廠自動化（FA）領(lǐng)域，風機、泵、輸送機械、機床等機械的電動機，在家電領(lǐng)域的空調(diào)、冰箱、洗衣機家用電器電動機，一般都是直接或通過減速機，以某個速度連續(xù)運行，或者由on/off開關(guān)控制電動機斷續(xù)運行。機械損耗以摩擦損耗和風阻損耗為主。②鐵損。把勵磁的永久磁鐵換成高性能磁鐵，可以減少電樞電流。①銅損。這是因為各種電動機都源于共同的理論基礎(chǔ)。同時，為了滿足各種機器設(shè)備對電動機的要求，現(xiàn)在正在開展穩(wěn)健的技術(shù)開發(fā)。鋼鐵工業(yè)中的初軋機要求其傳動系統(tǒng)具有大容量、低轉(zhuǎn)速、頻率快速的正反轉(zhuǎn)、過載能力大等特點，并有較強的抗干擾能力。大容量不調(diào)速同步電動機，存在啟動困難的問題。大容量同步電動機的另一個用途是作為抽水蓄能機組。但是調(diào)頻范圍最高達到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)所用同步電動機滑環(huán)式勵磁系統(tǒng)已改用無刷勵磁機系統(tǒng)。自控式同步電機又可分為兩種類型。他控式恒壓頻比的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)目前多用于小容量場合，例如永磁同步電動機、磁阻同步電動機。④同步電動機在低頻時也能運行，因為它能從轉(zhuǎn)子進行勵磁以建立必要的磁場，故它的調(diào)速范圍比較寬。若電動機運行在=1的狀態(tài)下，電機的電樞電流最小，變頻器容量可減小。但是，同步電動機變頻調(diào)速也有其獨自的一些優(yōu)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，同步電動機歷來只能恒速運行的狀況已被改變，同步電動機和一部電動機一樣都能調(diào)速，過去阻礙同步電動機廣泛應用的起動、振蕩和失步等問題已經(jīng)得到解決。由于直流電動機在應用中存在著這樣的一些限制，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應用也相應受到了局限。對于快速響應的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方式難以實現(xiàn)。但是，由于直流電動機本身結(jié)構(gòu)上存在機械式換向器和電刷這一致命弱點，這給直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和應用帶來了一系列限制，即：①機械式換向器表面的線速度及換向電流、電壓有一極限容許值，這就限制了單機的轉(zhuǎn)速和功率。根據(jù)統(tǒng)計，交流電動機用電量占電機中用電量的85%左右，可見交流電動機應用的廣泛性及其在國民經(jīng)濟中的重要地位。根據(jù)采用的電流制式不同，電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類，其中交流電動機擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動機加以利用的。4. 本任務(wù)書在畢業(yè)設(shè)計完成后，與論文一起交指導教師，作為論文評閱和畢業(yè)設(shè)計答辯的主要檔案資料，是學士學位論文成冊的主要內(nèi)容之一。密級： NANCHANG UNIVERSIT 學 士 學 位 論 文 THESIS OF BACHELOR（2006 —2010 年） 題 目 20kw4極變頻調(diào)速同步電動機電磁方案 及控制系統(tǒng)設(shè)計學 院： 信息工程學院 系 電氣工程及其自動化系 專業(yè)班級： 電機電器06級1班 學生姓名： 馬童國 學號： 6101106017 指導教師： 黃劭剛 職稱： 教授 起訖日期： － 本科生畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書（工科及部分理科專業(yè)適用） 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 題目來源：□省部級以上 □市廳級 □橫向 √自選題目性質(zhì)：□理論研究 √應用與理論研究 □實際應用研究學 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： 馬童國 學號 6101106017 起訖日期： － 指導教師： 黃劭剛 職稱： 教授 指導教師所在單位： 電氣與自動化工程系 學院審核（簽名）： 審核日期： 二0 一0年制說 明1. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書由指導教師填寫，并經(jīng)專業(yè)學科組審定，下達到學生。3. 學生根據(jù)指導教師下達的任務(wù)書獨立完成開題報告，于3周內(nèi)提交給指導教師批閱。電動機負荷約占總發(fā)電量的60%~70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴格不變的關(guān)系，即是同步電動機；反之，若不保持這種關(guān)系，即是異步電動機。因此，長期以來的變速傳動領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導地位。②為了使機械換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，導致電機轉(zhuǎn)動慣量很大。④在一些易燃易爆的場合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場合不能或不宜使用直流電動機。同步電動機有其獨特的優(yōu)點：①穩(wěn)定運行時轉(zhuǎn)速恒定（同步速），只與電源頻率有關(guān)，不隨負載和電壓的變化而變化；②運行穩(wěn)定性好，具有較強的過載能力；③功率因數(shù)較高，因為同步電動機可以通過調(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)下運行；④運行效率高，低速運行時尤為明顯；對于大容量電動機，同步電動機體積反而比異步電動機小；⑤隨著電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的進步和發(fā)展，同步電動機也能實現(xiàn)變頻調(diào)速，在大容量電力拖動場合，同步電動機的控制性能優(yōu)于異步電動機。同步電動機變頻調(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機變頻調(diào)速大體相同。②同步電動機可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁來調(diào)節(jié)電機的功率因數(shù)，這對于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)有利。因此，同步電動機比較適合于要求對負載轉(zhuǎn)矩變化作出快速反應的交流調(diào)速系中。這種調(diào)速系統(tǒng)一般多采用開環(huán)控制，因此，像接在工頻電網(wǎng)上運行的同步電動機一樣，存在著轉(zhuǎn)子振蕩及失步等問題。實際上，只要在電動機轉(zhuǎn)軸上安裝了磁極位置檢測器，使其輸出信號與電機電樞繞組感應電動勢的頻率同步，就可實現(xiàn)頻率自控。目前這種調(diào)速系統(tǒng)容量已達到數(shù)萬千伏安，電壓等級達到萬伏以上。交交變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng)容量可以做到很大，達到10000KVA以上。對某些不要求調(diào)速的大型機械負載（功率在一萬乃至幾千萬千瓦），如鋼廠煉鐵高爐用鼓風機，采用功率因數(shù)可調(diào)的同步電動機拖動較為合適。待低谷負荷時，機組中的電機作電動機拖動水泵運行，再把下水庫里的水抽到上水庫，如此循環(huán)工作。對鼓風機負載，變頻裝置容量只有電機額定容量的1/4；對抽水蓄能機組，僅為1/10左右。二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）電動機包括交流電動機、直流電動機和步進電動機等多種類型，這是充分發(fā)揮各種電動機的固有性能而設(shè)計成不同類型。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。電動機電流包括勵磁電流和電樞電流，改變電動機的結(jié)構(gòu)，把磁極換成永久磁鐵，就沒有勵磁電流。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)線等措施，是繞組高密度化，達到電阻值目的。③機械損耗。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是生產(chǎn)產(chǎn)品的出發(fā)點。此外，對于可再生材料和環(huán)境問題的應對措施，提出了要求，即在價格方面考慮可重復利用的成本。由于利用計算機很容易更改設(shè)計，從開發(fā)、設(shè)計到制造及可靠性評價的一系列工作，都可以在短時間內(nèi)高效率地完成。 十年來的實踐表明，矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論的應用尚待隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。取消通過機械連接的測速發(fā)電機及其他測速傳感器，實現(xiàn)無硬件測速傳感器的交流調(diào)速系統(tǒng)一有應用，但是轉(zhuǎn)速推算精度和控制的實時性有待于進一步深入研究與開發(fā)。具有軟開關(guān)功能的諧振變流器在國內(nèi)外都在積極進行研究與開發(fā)。近期以來，已有研究成果發(fā)表，可望在不久的將來能達到實用化階段。中壓是指電壓等級為2300~10000V，中、大功率是指公率等級在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。預計今后10年內(nèi)，碳化硅器件會有突破性的發(fā)展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。再次，確定電機鐵心的長度。 方案三與方案一主要是通過增加材料耗用來提高效率為目的，方案二與方案一主要是通過犧牲效率來達到節(jié)省材料的目的。主要研究通過增