【正文】 技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使同步電動機(jī)的應(yīng)用場合更為廣泛，如艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)、大型軋鋼系統(tǒng)等。按照轉(zhuǎn)子主磁極形狀不同，同步電動機(jī)又可分為隱極 式和凸極式兩種轉(zhuǎn)子行式。為了獲得起動轉(zhuǎn)矩及改善動態(tài)性能，需要在凸極式轉(zhuǎn)子主磁極的極靴表面開槽，以 便裝設(shè)籠型阻尼繞組。實際上，只有在轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)時，同步電動機(jī)才能產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。負(fù)載越大，電磁轉(zhuǎn)矩越大，功率角 ? 越大，電動機(jī)的輸出功率越大，同時電動機(jī)從電網(wǎng)輸入的電功率也就越大。其主電路一般采用三相全控橋式整流第一章 同步電動機(jī)的基本結(jié) 構(gòu)與原理 4 電路，給同步電動機(jī)的勵磁繞組供電。為 了解決這一問題，常需要采用無刷勵磁系統(tǒng)。 電樞反應(yīng)將使氣隙磁場波形發(fā)生畸變，同時，還會產(chǎn)生去磁或增磁作用，因此電樞反應(yīng)將對同步電動機(jī)的運行性能產(chǎn)生影響。直軸分量 adF 產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)是去磁性質(zhì)的還是增磁性質(zhì)的，將取決于 0? 角的正 、負(fù)。 電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向與發(fā)電機(jī)時的相反，與轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動方向相同，是拖動轉(zhuǎn)矩，克服機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 而當(dāng) d 時，隨著 d的增大， 反而減小，電磁功率無法 與輸入的機(jī)械功率相平衡， 電動機(jī) 轉(zhuǎn)速越來越大， 電動機(jī) 將失去同步，故在第二章 同步電動機(jī)的運行原理 9 這一區(qū)間 電動機(jī) 不能穩(wěn)定運行。利用電動勢相量圖就可以得到同步電動機(jī)的 V 形曲線特性。39。曲線族上各運行點的功率因數(shù)就可以由曲線查出。在定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相差較大時，在轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性作用下，無法產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的平均電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子無法與定子磁場保持同步旋轉(zhuǎn)，從而無法直接起動。該方法需要專門的變頻電源，會增加設(shè)備投資。 （ 2）轉(zhuǎn)動慣量小 以某鋼廠 2050mm 熱連軋機(jī)為例，直流主傳動電機(jī) 2 4500? kw（ 250/578（ r/min）雙電樞傳動，轉(zhuǎn)動慣量為 2tm? ；而主傳動交流同步電機(jī) 9000kw（ 250/578（ r/min）單電樞傳動，其轉(zhuǎn)動慣量為 2tm? ，減少為 直流電機(jī)的 1/，使整個傳動系統(tǒng)的速度響應(yīng)時間由 120ms 縮短到 70ms，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和 產(chǎn)量。 （ 2）功率因數(shù) 同步電 機(jī)由于獨立的轉(zhuǎn)子激磁調(diào)節(jié)控制，可使其定子功率因數(shù)保持為 1，即cos 1?? 。由于同步電機(jī)激磁從轉(zhuǎn)子提供，其氣隙可以較大，制造相對容易，同步電機(jī)可以設(shè)計成細(xì)長結(jié)構(gòu)，且長度和直徑之比可以優(yōu)化設(shè)計，制造相對容易，同步電機(jī)可以設(shè)計成細(xì)長結(jié)構(gòu)，且長度和直徑之比可以優(yōu)化設(shè)計。顯然，在這種場合，同步電機(jī)要優(yōu)越于異步電機(jī)。由于這種調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式類似于直流電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁極檢測器和逆變器代替了直流電機(jī)的換向器和電刷的功能，故這種電機(jī)系統(tǒng)曾被稱為“無換向器電機(jī)”。傳統(tǒng)的交交變頻與交直交變頻技術(shù)將面臨變革。這一原理的基本出發(fā)點是考慮到交流電機(jī)是一個多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時變參數(shù)系統(tǒng)，很難直接通過外加信號準(zhǔn)確地控制電磁轉(zhuǎn)矩。這些變量為磁第三章 同步電動機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng) 16 鏈，包括定子磁鏈 S? 、轉(zhuǎn)子磁鏈 R? 、氣隙磁鏈 ?? 等，電流，包括定子電流 si 和轉(zhuǎn)子電流 ri 。并且 變頻技術(shù)所應(yīng)用到的行業(yè)越來越廣泛 ,和能源相關(guān)的行業(yè)都能用到 . 如 生活中空調(diào) ,冰箱 ,洗衣機(jī)等等 ,工業(yè) :起重機(jī)等等 .這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而是直接在電機(jī)定子坐標(biāo)上計算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實現(xiàn) PWM 脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動態(tài)性能。長期以來，直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，這是因為直流電機(jī)的電樞電流與磁場相互正交，可以分別控制，具有良好的轉(zhuǎn)矩控制性能。其發(fā)展趨勢為采用自換流來取代外換流。交交變頻調(diào)速適合于低速運轉(zhuǎn)、大過載、負(fù)載劇烈變化、四象限可逆運轉(zhuǎn)等場合。 （ 6）弱磁化 根據(jù)異步電機(jī)原理，異步電機(jī)弱磁恒功率運行時，其最大轉(zhuǎn)矩 maxM 隨電機(jī)頻率的增加呈二次方減少， m axm ax 2m ax()NNMM ff?。 （ 3）變頻器容量 由于異步電機(jī)的激磁能量是從定子側(cè)供給的，同時異步電機(jī)功率因數(shù)低于同步電機(jī)，視在功率高于同步電機(jī)，故異步電機(jī)調(diào)速的變換器容量比同步電機(jī)大30%左右。 （ 4）維護(hù)簡單化 由于交流電機(jī)無須換向器，所以維護(hù)量大大減少。 起動時勵磁繞組不能開路，因為起動時，轉(zhuǎn)子與定子磁場的相對運動速度會很高，勵磁繞組會感應(yīng)很高的電壓，有可能破壞絕緣。由于輔助動力設(shè)備一般容量較小，約為電動機(jī)的 5%15%，所以適合于同步電動機(jī)的空載起動。 同步電動機(jī)的起動 電動機(jī)轉(zhuǎn) 子從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速運行的過程，稱為起動。39。勵磁電流 fI 小于正常勵磁電流時，功率因數(shù)為滯后性的； fI 大于正常勵磁電流時，功率因數(shù)為超前性的。 綜上所述： 電動機(jī) 所承擔(dān)的有功功率可以通過調(diào)節(jié)原動機(jī)輸入的機(jī)械功率來改變的。 隱極電機(jī) 最大功率與額定功率的比值定義為同步發(fā)電機(jī)的過載能力。若轉(zhuǎn)子勵磁電流較大 ,則同步電動機(jī)將從電網(wǎng)輸入一個超前于勵磁電動勢 0E 的容性電流 aI ,使直軸電樞反應(yīng)為去磁性質(zhì) .可見 ,直軸 電樞反應(yīng)將直接影響同步電動機(jī)的功率因數(shù) . 第二章 同步電動機(jī)的運行原理 7 應(yīng)該指出 ,交軸電樞磁動勢與電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)電能來轉(zhuǎn)換直接相關(guān) .交軸電樞磁動勢產(chǎn)生的交軸電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場 B 與轉(zhuǎn)子主磁場 0B 之間形成一個相角差 ,從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交磁、去磁或增磁）取決于電樞磁動勢 aF 與主磁場 0B 在空間的相對位置，這一相對位置和電樞電流 aI 與勵磁電動勢 0E 之間的相位差角0? 有關(guān)。 第二章 同步電動機(jī)的運行原理 5 第二章 同步電動機(jī)的運行原理 電樞反應(yīng) 同步電動機(jī)空載時，電樞繞組中的電流很小，產(chǎn)生的電樞磁場也很小，這時電機(jī)的氣隙磁場基本上 就是勵磁磁動勢建立的主磁場。投勵時系統(tǒng)輸出最大整流電壓強(qiáng)迫勵磁，使電動機(jī)快速牽入同步。 同步電動機(jī)的勵磁方式 給同步電動機(jī)提供勵磁的電源裝置稱為同步電動機(jī)勵磁系統(tǒng)。 0B 與 B 的軸線之間的空間電角度稱為功率角 ? 。同步電動機(jī)定子三相繞組接通三相電源后，定子繞組中就有三相電流流過，從而產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁動勢和旋轉(zhuǎn)磁場。 凸極式轉(zhuǎn)子因有明顯凸出的主磁極而得名。其定子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)與感應(yīng)電動機(jī)相同，當(dāng)同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時，極數(shù)也將較多，這時，由于定子圓周所能開出的槽數(shù)有限，定子繞組常采用分?jǐn)?shù)槽繞組。 本文制定出三套設(shè)計方案來設(shè) 計同步 電 動 機(jī)，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 電動 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)使同步電 動 機(jī)的 材料消耗最少 ，最后一套方案是在方案 2的基礎(chǔ)上再想辦法使同步 電 動機(jī)的 效率最高 .此外，對于用 AUTOCAD 繪制圖形也作了概述。 作者簽名： 日期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。方案三 為效率最高方案，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上使電機(jī)的效率的達(dá)到最高。方案三：在方案一的基礎(chǔ)上 ,通過減小每槽導(dǎo)體數(shù) ,在保持磁密不變的情況下 ,相應(yīng)的增加電機(jī)鐵心的長度 ,從而達(dá)到減小銅耗 ,最終達(dá)到提高效率的目的 . 方案二與方案一主要是通過犧牲效率來達(dá)到節(jié)省材料的目的，方案三與方案一主要是通過增加材料耗用來提高效率的目的。 B 電磁設(shè)計 本課題主要是研究設(shè)計 12kw同步電動 機(jī) 。 三、本課題研究內(nèi)容 A 變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 電機(jī)調(diào)速的控制性能，可以歸結(jié)為主要是對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。國家重點發(fā)展的油氣輸送壓縮機(jī)調(diào)速傳動、船舶電力推進(jìn)、高速磁懸浮直線電機(jī)牽引供電等大型調(diào)速傳動裝備也采用交流變頻 同步電機(jī)調(diào)速傳動。電機(jī)很難啟動。國家 非常重視大型傳動裝備的國產(chǎn)化，國家“七五”、“八五”、“九五”計劃均把大型傳動交流調(diào)速國產(chǎn)化列入重大技術(shù)裝備科技攻關(guān)項目。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。 指導(dǎo)教師審查意見： 簽名： 年 月 日 第十一周至畢業(yè) 設(shè)計工作結(jié)束 （ 5 月 27 日至 6 月 10 日） 學(xué)生主要工作： 畢業(yè)設(shè)計論文定稿，并進(jìn)行論文答辯 指導(dǎo)教師審查意見： 簽名： 年 月 日 7 七、其他（學(xué)生提交） 1．開題報告 1 份 2． 外文資料譯文 1 份（ 2020 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： 送交畢業(yè)設(shè)計 日期： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題 目 ： 1 2 KW— 4 極變頻調(diào)速同步電動機(jī)電磁方案及控制系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 電氣工程及其自動化系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電機(jī)電器 061 學(xué) 號： 6101106014 姓 名： 劉 飛 指導(dǎo)教師： 黃 劭 剛 填表日期： 2020 年 4 月 2 日 1 一、 選題的依據(jù)和意義 電動機(jī)制造是我國機(jī)械工業(yè)中較大的行業(yè)之一，它既是關(guān)系到各行各業(yè)自動化的重要基礎(chǔ)產(chǎn)品，又是與人類生活密切相關(guān)的面廣量大、品種繁多的通用產(chǎn)品。 3. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書獨立完成開題報告，于 3 周內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。 4. 本任務(wù)書在畢業(yè)設(shè)計完成后，與論文一起交指導(dǎo)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(xué)士學(xué)位論文成冊的主要內(nèi)容之一。國內(nèi) 6070%的發(fā)電量被電動 機(jī)所消耗。 以往同步電動機(jī)主要應(yīng)用在一些功率比較大而且不要求調(diào)速的場合，如空氣壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電動發(fā)電機(jī)等。國家科委“火炬計劃”、國家自然科學(xué)基金項目、國家重點基礎(chǔ)研究“攀登計劃”等項目都對該技術(shù)的研究給予了支持。自 70 年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了同步電動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用 。 近 20 年來，我國高等學(xué)校、科研院所、電機(jī)制造廠對大型交流同步電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究、裝備制造和工程應(yīng)用也做出了很多努力并取得了突出成果。長期以來，直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，這是因為直流電機(jī)的電樞電流與磁場相互正交，可以分別控制，具有良好的轉(zhuǎn)矩控 制性能。首先根據(jù)給定的功率，功率因數(shù)，相數(shù)，頻率及額定相電壓確定同步 電 動 機(jī)的主要規(guī)格，即：容量，額定相電壓，額定相電流，同步轉(zhuǎn)速。采用的方法主要是手算和計算機(jī)程序算相結(jié)合的方法。方案齊全便于用戶選用，且對三個方案進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并做出了分析比較。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。 關(guān)鍵詞： 同步電動機(jī)原理；設(shè)計； CAD. Abstract III 12KW4 frequency speed synchronous Motor Electromagic and control system Design Abstract This article begins from synchronous motors elementary theory and the operational factor, introduced synchronous generator39。 同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組和轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)等構(gòu)成。其氣隙是不均勻的，磁極下面的氣隙小，兩磁極之間的氣隙大。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子籠型起動繞組，產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)起動。顯然，彈簧被拉伸的長度是有一定限度的，同步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的增大也同樣要有一定的限度，超過了這個限度，同步電動機(jī)就會因失去同步而不能正常工