【正文】 (2) ia0, ib0 and ic0。經(jīng)過這一個學(xué)期的做畢業(yè)設(shè)計的過程。圖72 轉(zhuǎn)子沖片圖在設(shè)計電機(jī)繞組完成以后，根據(jù)設(shè)計結(jié)果需要畫出繞組圖。 輔助設(shè)計功能：可以查詢繪制好的圖形的長度、面積、體積和力學(xué)性能等；提供多種軟件的接口，可方便地將設(shè)計數(shù)據(jù)和圖形在多個軟件中共享，進(jìn)一步發(fā)揮各軟件的特點和優(yōu)勢。當(dāng)前Auto CAD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、服裝、建筑等設(shè)計領(lǐng)域。如圖65所示，同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)采用了和直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相似的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。在同步電動機(jī)中，除轉(zhuǎn)子直流勵磁外，定子磁動勢還產(chǎn)生電樞反應(yīng)，直流勵磁與電樞反應(yīng)合成起來產(chǎn)生氣隙磁通，合成磁通在定子中敢于的電動勢與外加電壓基本平衡。但是由于同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電動機(jī)不同，其矢量坐標(biāo)變換有自己的特點，這些主要特點是：定子有三相交流繞組，轉(zhuǎn)子為直流勵磁或永磁。我們知道，三相異步電動機(jī)定子每相電動勢的有效值是，由此可知，只要控制好和，便可以達(dá)到控制磁通的目的，因此，可以考慮基頻以下和基頻以上兩種情況。一般來講，每槽導(dǎo)體數(shù)都是偶數(shù)，而方案二卻選擇了一個奇數(shù)，這就是因為線規(guī)不能改變的結(jié)果。從而可以得出結(jié)論，如果想要節(jié)省材料，可以從三方面入手，第一可以增加每槽導(dǎo)體數(shù)，第二可以增加氣隙磁密，第三可以增加勵磁繞組電密。本次復(fù)算通過對公式的勘誤，額定數(shù)據(jù)的檢查，主要尺寸的比對以及單位的統(tǒng)一進(jìn)行檢查。氣隙的大小需要綜合考慮才可以，對于功率較小的電機(jī)一般氣隙要選得較小。（4）變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計由于同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速完全取決于控制電源的頻率，與供電電源的頻率具有嚴(yán)格的關(guān)系，因此通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計可以使同步電動機(jī)速度可調(diào)，應(yīng)用范圍更廣泛。b）a）電樞磁動勢分解成直軸和交軸磁動勢b）直軸和交軸電樞反應(yīng)圖2–1 凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論（2）電動勢以及電壓平衡方程電動勢：主磁通與電樞磁通，也即直軸、交軸電樞磁通切割定子繞組且在定子繞組內(nèi)感應(yīng)處相應(yīng)地勵磁電動勢以及電樞反應(yīng)電動勢。（1）凸極同步電動機(jī)雙反應(yīng)原理凸極同步電動機(jī)的氣隙延電樞圓周是不均勻的，直軸上氣隙比較小，交軸上氣隙比較大。穩(wěn)態(tài)對稱運行時，無論定子磁場或轉(zhuǎn)子磁場均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同轉(zhuǎn)子繞組沒有相對運動，也不會在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。（2）電動勢定義：兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割繞組而產(chǎn)生。同步電機(jī)作為電動機(jī)運行，只要其定子三相繞組流通對稱三相電流，就將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢，建立旋轉(zhuǎn)磁場。(7) 額定效率：指額定運行時的電機(jī)效率。根據(jù)這三種基本安裝結(jié)構(gòu)，電動機(jī)安裝型式有臥式安裝，立式安裝軸伸向下， 立式安裝軸伸向上。同步電機(jī)主要用作同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)、同步調(diào)相機(jī)。隱極電機(jī)的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同。大型同步電機(jī)的機(jī)座大都采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。因此旋轉(zhuǎn)電樞式電機(jī)只適用于小容量的同步電機(jī)，同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式是旋轉(zhuǎn)磁極式。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代社會使用的交流電能99%由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。這時電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，依靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，可以改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，滿足電網(wǎng)對無功功率的要求。以同步發(fā)電機(jī)方式運行時，勵磁繞組中通入直流電流，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生磁場，由原動機(jī)拖動電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁場與定子導(dǎo)體之間有了相對運動，在定子繞組中就會感應(yīng)交流電動勢。關(guān)鍵詞：同步電動機(jī)；電機(jī)設(shè)計；變頻調(diào)速系統(tǒng)75kw4 pole synchronous motor electromagnetic frequency control scheme and control systemAbstractSynchronous motor used as a motor has many advantages, as long as the power supply to maintain constant frequency, synchronous motor speed is absolutely unchanged. In addition, the synchronous motor and a prominent advantage is that we can control the excitation to adjust its power factor, power factor can increase to , or even ahead. However, because synchronous motor starting trouble, heavy step and even when the risk of oscillation, general industrial equipment rarely used in synchronous motor drag. Since the frequency of power electronic transformer technology developed and widely applied later, the situation is quite different, with voltage frequency coordination control, synchronous motors and induction motors will be variable speed motors as a member of the family, the original power supply because fixed frequency synchronous motor hindered wider application of the problems have been solved. In this paper, based on previous studies, introduced the threephase synchronous motor machine design features, and frequency control system design were tried.Keyword:Synchronous motor, motor design, variable speed system目錄摘要 IAbstract II第一章 同步電機(jī)概論 1 1 1 2 4 4第二章 同步電動機(jī)的工作特性 7 7 8 10第三章 電機(jī)設(shè)計基本方法 11 11 11第四章 電磁設(shè)計方案計算 14 14 14第五章 電磁設(shè)計結(jié)果分析 40 40 40 42第六章 同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 43 43 43 44第七章 Auto CAD 2004繪圖 49 CAD簡介 49 49 50 51參考文獻(xiàn) 54總結(jié) 55致謝 56第一章 同步電機(jī)概論同步電機(jī)和異步電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)。但是，由于同步電動機(jī)啟動費事、重載時有振蕩乃至失步的危險，一般工業(yè)設(shè)備很少采用同步電動機(jī)拖動。同步電機(jī)最突出的特點就是如果電網(wǎng)的頻率不變，穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)且與負(fù)載的大小無關(guān)。由此可見，當(dāng)極數(shù)一定時，同步電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的關(guān)系。按發(fā)電機(jī)的原動機(jī)來分，有汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和其他原動機(jī)帶動的發(fā)電機(jī)（如柴油機(jī)等）。圖13 旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)圖14 旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)實際應(yīng)用中，需通過滑環(huán)將電功率自轉(zhuǎn)子導(dǎo)入或?qū)С觥４笮屯诫姍C(jī)因為尺寸太大，硅鋼片常做成扇形沖片，然后組裝成圓形。隱極式轉(zhuǎn)子的圓周上開有槽，槽中嵌放有分布式直流勵磁繞組。阻尼繞組是由一根根的裸通條，放在極靴的阻尼槽中，然后再兩端面用銅環(huán)焊接在一起，形成端接回路。1）工作制、防護(hù)型式、安裝型式、冷卻方式工作制同步電機(jī)常用的工作制為連續(xù)工作制、短時工作制和短續(xù)周期工作制。(4) 額定功率因數(shù)：指額定運行時電機(jī)的功率因數(shù)。對稱三相電流流過定子對稱三相繞組,將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢。同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有直流勵磁產(chǎn)生的磁極，磁極與轉(zhuǎn)子無相對運動。同步電動機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，只是空間相位不同。這個相對位置決定了同步電動機(jī)的運行方式。這種考慮凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸電樞反應(yīng)與交軸電樞反應(yīng)分別處理的方法，就稱雙反應(yīng)理論。這個階段要求設(shè)計3個方案：最省材料方案，最有效率方案以及一般方案（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計電磁設(shè)計結(jié)束以后，根據(jù)計算結(jié)果確定電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件尺寸、加工要求和材料的規(guī)格及及性能要求。氣隙選取一般盡可能的小，如果氣隙過大，則會使氣隙處磁壓降增大，這會使得勵磁磁勢增大以及勵磁繞組地銅耗量增大。較高的槽滿率可以減小槽的面積，從而減小鐵心尺寸，有利于節(jié)省硅鋼片的耗量，也可以節(jié)省材料。方案三與方案一相比，每槽導(dǎo)體數(shù)沒有改變，而氣隙磁密增加了。在同步電動機(jī)的計算過程中遇到了很多問題，在發(fā)現(xiàn)與解決問題的過程中學(xué)習(xí)了很多關(guān)于同步電動機(jī)的知識。第六章 同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計同步調(diào)速系統(tǒng)有兩種類型：（1）他控變頻調(diào)速系統(tǒng)用獨立的變頻裝置給同步電動機(jī)供電的系統(tǒng)。如果電動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值，也就是都能在允許溫升下長期運行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。這樣，二極同步電動機(jī)的物理模型就如圖62所示。由于采用了電流計算，所以又稱之為基于電流模型的同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)載變化時，還能盡量保持同步電動機(jī)的氣隙磁通、定子電動勢及功率因數(shù)不變。具有方便的圖形編輯功能：Auto CAD提供了復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、陣列、修剪、縮放、偏移等方便使用的編輯工具，大大提高了繪圖效率。在此次同步電動機(jī)設(shè)計過程中，導(dǎo)師給我們提供了定子沖片圖的樣板和繪圖的主要步驟，然后根據(jù)計算出的主要尺寸就可以用AUTOCAD畫出圖形。同時對所學(xué)知識進(jìn)行了梳理與總結(jié)，并培養(yǎng)和提高了自己獨立分析、解決問題的能力。其間每一過程都得到指導(dǎo)導(dǎo)師黃劭剛教授的悉心指導(dǎo)，黃老師每周安排兩次見面會，身體力行、兢兢業(yè)業(yè)地為我們排憂解難，不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅是知識還有待人處世的積極態(tài)度，在此表示衷心的感謝。(5) ia0, ib0 and ic0。畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一個重要環(huán)節(jié)，在學(xué)生從校園走向社會起到很好的承前啟后的作用，所以要培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和求實的工作作風(fēng)，形成正確的世界觀，掌握科學(xué)的方法論，培養(yǎng)綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專門知識、基本技能，發(fā)現(xiàn)、分析、解決與本專業(yè)相關(guān)的實際問題，以及從事科學(xué)研究工作或擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作的基本能力。并對電磁設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，利用計算機(jī)程序?qū)﹄姍C(jī)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的調(diào)試，分別為：；。此外，Auto CAD支持Object ARX、ActiveX、VBA等技術(shù)，提供了其他高級編輯語言的接口，具有很強(qiáng)的開發(fā)性。具有強(qiáng)大的圖形繪制功能：Auto CAD提供了創(chuàng)建直線、圓、圓弧、曲線、文本和尺寸標(biāo)注等多種圖形對象的功能。將、和來自位置傳感器BQ的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)相位角θ一起送入矢量運算器，并由其計算出定子三相電流的給定信號、和勵磁電流給定信號。如果把三相電流空間矢量ib或磁動勢矢量Fs和電流時間相量is重疊在一起，可以把空間矢量圖和時間矢量圖合而為一，稱作時空矢量圖，這時磁通ΦR便與磁鏈ψRs重合。忽略磁化曲線的飽和非線性因素。（2）基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率應(yīng)該從向上升高，但定子電壓卻不可能超過額定電壓，最多只能保持=，這將迫使磁通與頻率成反比地降低。當(dāng)時心急如焚，反復(fù)查找公式中有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，最后在導(dǎo)師的幫助下減小了轉(zhuǎn)子內(nèi)徑才得以通過。再結(jié)合表51的材料用量可以發(fā)現(xiàn)，若想增加同步電動機(jī)的效率，就不要考慮材料的節(jié)省。表51 材料用量表（1）同步電動機(jī)材料用量比較單位（cm、kg）方案一方案二方案三每槽導(dǎo)體數(shù)101110氣隙磁密850085008800勵磁繞組電密電樞鐵心長電樞繞組銅重電樞齒鐵重電樞軛部鐵重勵磁繞組銅凈重銅線總重硅鋼片重磁極鋼片重從上方的表格可以看出，方案二與方案一相比，每槽導(dǎo)體數(shù)增加了一個，氣隙磁密并沒有改變。槽滿率通常不能取得太高，如果槽滿率設(shè)計得太高的話，會使嵌線造成困難，容易引起絕緣損傷。對于直流電機(jī)，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對于一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)與同步電機(jī)，則指定子內(nèi)徑。（2）電磁設(shè)計電磁設(shè)計階段的任務(wù)是根據(jù)技術(shù)條件或者技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過計算以及方案比較，確定與設(shè)計電機(jī)電磁性能有關(guān)尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算出其電磁性能。隨著負(fù)載電流性質(zhì)的不同，電樞磁動勢作用在不同地空間位置。同步電動機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場間沒有相對運動。定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場共同作用，兩者有相角差。速度：同步速度，方向：與定子相同。定子旋轉(zhuǎn)磁場：又稱為電樞磁勢，相應(yīng)的磁場稱電樞磁場速度：同步速度，方向：從有超前電流的相轉(zhuǎn)向有滯后電流的相。(2) 額定電壓：指正常運行時定子三相繞組的線電壓，單位為或者。現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展使同步電動機(jī)迎來了“春天”，速度再也不是同步電動機(jī)的瓶頸，并且還可以發(fā)揮它的巨大優(yōu)勢。凸極電機(jī)的氣隙是不均勻的，圓周各處的磁阻各不相同，在轉(zhuǎn)子磁極的幾何中線處氣隙最大，磁阻也很大。分為兩種類型，隱極式和凸極式。定子鐵心是構(gòu)成磁路的部件，通常采用硅鋼片疊裝而成，可減少磁滯和渦流損耗。同步電機(jī)用作補(bǔ)償機(jī)時， 能向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功率，滿足電網(wǎng)對無功功率的要求。按結(jié)構(gòu)特點分，有旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式；在旋轉(zhuǎn)磁極式中，有凸極式的和隱極式的；有立式的和臥式。轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通入直流電后，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于磁鐵。 同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)。