【正文】 專業(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)書獨(dú)立完成開題報(bào)告，于 3 周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。 翻譯一篇外文文獻(xiàn) 指導(dǎo)教師審查意見： 簽名： 年 月 日 第三、四周 （ 4 月 7 日至 4 月 18 日） 學(xué)生主要工作： 熟悉同步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序，并完成磁路計(jì)算。 指導(dǎo)教師審查意見： 簽名： 年 月 日 第十一周至畢業(yè) 設(shè)計(jì)工作結(jié)束 （ 6 月 2 日至 6 月 13 日） 學(xué)生主要工作： 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文定稿，并進(jìn)行論文答辯 指導(dǎo)教師審查意見： 簽名： 年 月 日 七、其他（學(xué)生提交） 1．開題報(bào)告 1 份 2．外文資料譯文 1 份（ 20xx 字以上，并附資料原文） 3．論文 1 份（ 8000 字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科組負(fù)責(zé)人： 學(xué)生開始執(zhí)行 任務(wù)書日期： 學(xué) 生 姓 名 ： 王徽 送交畢業(yè)設(shè)計(jì) 日期： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目： 30kw4 極變頻調(diào)速同步電動機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信工學(xué)院 系 自動化系 專 業(yè)： 電機(jī)電器 班 級： 061 班 學(xué) 號： 6101106024 姓 名： 王 徽 指導(dǎo)教師： 黃 劭 剛 填表日期： 20xx 年 3 月 22 日 一、 選題的依據(jù)及意義 現(xiàn)代社會中， 電能是現(xiàn)代社會最主要的能源之一。機(jī)械制造工業(yè)、 冶金工業(yè)、煤炭工業(yè)、石油工業(yè)、輕紡工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及其他各種礦企業(yè)中，廣泛地應(yīng)用各種電動機(jī)。除此以外，同步電動機(jī)還有一個突出的優(yōu)點(diǎn)，就是可以控制勵磁來調(diào)節(jié)它的功率因數(shù)，可使功率因數(shù)高到 ，甚至超前。采用電壓一頻率協(xié)調(diào)控制，同步電動機(jī)便和異步電動機(jī)一樣成為調(diào)速電動機(jī)家族的一員， 原來由于供電電源頻率固定不變而阻礙同步電動機(jī)廣泛應(yīng)用的問題都已迎刃而解。 國外公司注重新產(chǎn)品開發(fā)，在電機(jī)的安全、噪聲、電磁兼容等方面很重視。作為勞動密集型產(chǎn)業(yè)，我國發(fā)展電機(jī)制造業(yè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。在總產(chǎn)量中，大中型電機(jī)產(chǎn)量為 萬千瓦，增速減緩 個百分點(diǎn)；小型交流電機(jī)產(chǎn)量為 萬千瓦，同比增長 %，增速同比減緩 個百分點(diǎn)；直流電機(jī)產(chǎn)量 萬千瓦，同比降低 %，增速同比減緩 個百分點(diǎn)。其主要原因是，企業(yè)積極實(shí)施國家節(jié)能政策，風(fēng)電生產(chǎn)項(xiàng)目的效果顯著。 隨著科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電機(jī)制造工業(yè)也將發(fā)生很大的變化，下面就對其作簡要介紹。 （二） 積極采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。隨著材料領(lǐng)域方面的發(fā)展，好的材料也將越 來越多，價(jià)格也將越來越便宜，電機(jī)使用的材料也將越來越好，性能也隨之變好。此外，還對原子能、磁流體、地?zé)?、太陽能、風(fēng)力和燃?xì)廨啓C(jī)用于發(fā)電方面進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究工作。 永磁式同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機(jī)相比，它沒有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。 近年來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價(jià)格的逐步降低以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展，加上 永磁電機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應(yīng)用已有研究成果，使永磁電機(jī)在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī) 的科研水平都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子上產(chǎn)生的反電動勢波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波。在表面式永磁同步電動機(jī)中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，這種電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感相等；而內(nèi)置式永磁同步電機(jī) 的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，可以保護(hù)永磁體。 （ 1） 以取代直流調(diào)速系統(tǒng)為目標(biāo)的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步研究與開本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 發(fā)。 近幾年來，不依賴電機(jī)模型的模糊自尋優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中，成為交流調(diào)速控制理論、控制技術(shù)新的研究發(fā)展方向。抑制電磁干擾的有效方法也是采用軟開關(guān)技術(shù)。矩陣式變化器是一種可供選擇的交 交變化器結(jié)構(gòu)，其輸出頻率可提高到 45Hz 以上。 （ 4） 中壓變頻裝置（我國稱為高壓變頻裝置）的研究與技術(shù)開發(fā)。當(dāng)今多電平中壓變頻器已成為交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域，是熱點(diǎn)課題之一。當(dāng)前，美國 Cree 公司、德國西門子公司、日本東芝公司，還有歐洲 ABB 公司等投入巨資研制一種碳化硅（ SIC）電力電子器件，其中 PN 耐壓等級可達(dá) 10KV 以上。其次，進(jìn)行電樞繞組的選擇： ,確定繞組的每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ,即 :NmIDAZ ?? . ndS ,即：NaZmSnd ? .，確定電樞繞組的線規(guī)，即， nddSAd ?? 239。 確定的繞組可以確定每極磁通 p? 。 五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 ： 根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格，技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的性能好，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠的電動機(jī)。本課題研究了三個方案，方案一為折中方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的方案。 本課題的另一重要特色，是指在定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片尺寸給定的情況下，設(shè)計(jì)出用戶所要求功率的電動機(jī)，這有利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)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。 所以應(yīng)該全方面的看待問題，在計(jì)算中上下連接，在一切都符合技術(shù)指標(biāo)要求的前提下作 。因此，在實(shí)際的電機(jī)設(shè)計(jì)中必須全面照顧，綜合考慮 ,最后得到一個既省材料效率又高的最優(yōu)方案。與各種形式 的能量相比，電能具有明顯的優(yōu)越性，適宜用于大量生產(chǎn)、集中管理、遠(yuǎn)距離傳輸和自動控制。法拉第發(fā)明的盤式電機(jī)，這事一種真正的直流電機(jī)。轉(zhuǎn)速 N決定于電源頻率 F，故電源頻率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速不變，且與負(fù)載無關(guān)。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與 定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一樣的，所以稱為同步電動機(jī)。 其 特點(diǎn)是：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間又不變得關(guān)系 n= sn =60f/p， sn 成為同步轉(zhuǎn)速。如按用途分，有發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和調(diào)相機(jī)。隱極同步電機(jī)的氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子成圓柱形；凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極弧范圍氣隙較小，極間部分氣隙較大。由內(nèi)燃機(jī)拖動的同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)一般都做成凸極式。定子鐵心固定在機(jī)座上，機(jī)座常由鋼板焊接而成，它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還必須滿足通風(fēng)和散熱的需要。 勵磁繞組為同心式30kw4 極變頻調(diào)速同步電動機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi) ２． 水輪發(fā)電機(jī) 水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與 汽輪發(fā)電機(jī)大不相同。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為 1～ 2mm 的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。 中小型同步電機(jī)多做成臥式的。大容量高電壓多用開口槽；小容量低電壓多用半閉口槽。它的優(yōu)點(diǎn)是可以提高硅鋼片的有效利用率，并把定子磁軛和機(jī)座合二為一，以節(jié)省鋼材。 同步電機(jī)還可以作為電動機(jī)使用，對不要求調(diào)速的大功率生產(chǎn)機(jī)械，常用同步電動機(jī)來驅(qū)動。 主要結(jié)構(gòu)部件 同步電動機(jī)的定子與異步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)基本相同，由機(jī)座、定子鐵芯、電樞繞組等組成。 凸極特點(diǎn)： 氣隙不均勻，有明顯的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯短粗，適用于轉(zhuǎn)速低于 1000r/min，極對數(shù) p≥3的電動機(jī)。 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。 隱極同步電動機(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。N? ：指電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率； 額定勵磁電壓 fnU ：指電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的勵磁電壓，單位： V 額定勵磁電流 fnI ：指電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的勵磁電流，單位 ： A ： NNNN IUP ?c o s3? 第二章 同步電機(jī)的工作特性 長期以來，人們認(rèn)為通過調(diào)節(jié)功率因數(shù)，可以改善電機(jī)的運(yùn)行特性。 切割運(yùn)動：原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）。 30kw4 極變頻調(diào)速同步電動機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系 1．同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行 空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡單的運(yùn)行方式 ,其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢 fF (勵磁磁勢 )單獨(dú)建立 ,稱勵磁磁場 . 此時(shí)電機(jī)定子的三相繞組只有勵磁電流 fI 感生出的空載電動勢 0E (三相對稱 )，其大小隨 fI 的增大而增加。 2． 漏磁通 ： 除 0? 外的所有諧波成分 ， 及勵磁磁場中僅與轉(zhuǎn)子勵磁繞組交鏈而不與定子交鏈的磁通 ， 漏磁通 不參與電機(jī)的機(jī)電能 量轉(zhuǎn)換 二 ,空載特性 0E = f( fI )或 0E = f( fF ) 1． 空載運(yùn)行時(shí) ， 勵磁電勢隨勵磁電流變化的關(guān)系 ， 稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性 。 空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律 ： 勵磁電流較小時(shí) ，30kw4 極變頻調(diào)速同步電動機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 由于磁通較小 ， 電機(jī)磁路沒有飽和 ， 空載特性呈直線 (將其延長后的射線稱氣隙線 )， E0 隨著勵磁電流的增大 ， 磁路逐漸飽和 ， 磁化曲線開始進(jìn)入飽和段 。 4． 空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用 : ① 空載特性結(jié)合短路特性 (在后面介紹 )可以求取 同步電機(jī) 的參數(shù) ； ② 根據(jù)設(shè)計(jì)好的電機(jī)的空載特性 ,可判斷該電機(jī)的磁路是否過于飽和或者材料是否充分利用 ； ③ 發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障 。電樞磁動勢對勵 磁磁動勢的影響就叫做電樞反應(yīng)。 30kw4 極變頻調(diào)速同步電動機(jī)的電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 ① 內(nèi)功率因數(shù)角 Ψ：空載電動勢 E0和電樞電流 Ia之間的夾角，與電機(jī)本身參數(shù)和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)； ②外功率因數(shù)角 φ：與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)； ③功率角（功角） δ： E0和 U 之間的夾角；且有 Ψ =φ +δ （電感性負(fù)載） ④直軸（ d 軸）：主磁極軸線（縱軸）； ⑤ 交軸（ q軸）：轉(zhuǎn)子相臨磁極軸線 間的中心線為交軸（橫軸） 當(dāng) Ψ為不同值的電樞反應(yīng)性質(zhì) ： ?aF 位 置 ?fF ?aF 夾角 ?aF 記作 電樞反 應(yīng)性質(zhì) 影響 δ=0， Ψ≈φ， 負(fù)載性質(zhì) ??F 電壓 U