【正文】 極的軸線為d軸，與d軸正交的是q軸，dq坐標在空間也以同步轉速旋轉，d軸與A軸之間的夾角為變量θ。同步電動機變頻調速的原理以及所用的變頻裝置和異步電動機變頻調速系統(tǒng)基本相同，現(xiàn)就異步電動機的變頻調速系統(tǒng)的基本控制類型進行說明。三方案中的勵磁繞組電密相比，方案一與方案三基本相同，方案二比其他方案要高，經研究發(fā)現(xiàn)，方案二如果與其他方案勵磁繞組電密相同，銅線總重會增加。但是氣隙不能過小，否則除了影響機械可靠性以外，還會使諧波磁場以及諧波漏抗增大，這會造成諧波轉矩以及附加損耗的增加，進而造成較高溫升與較大噪聲。），把電樞磁動勢分解成直軸與交軸磁動勢、兩個分量，然后根據(jù)對應磁導分別計算出其所產生的直軸、交軸電樞磁通。繞組的感應電動勢時間相位差和旋轉磁場間的空間相位差相等。這旋轉磁通勢是以電氣方式形成的。安裝型式同步電動機常用的安裝型式有底角安裝、用底角附帶凸緣安裝和用凸緣安裝等三種。在同步電機的運行過程中，轉子因為高速旋轉而需要承受很大的機械應力，所以隱極式轉子大多采用整塊強度高和良好導磁性能的鑄鋼或鍛鋼加工而成。由于勵磁繞組的功率與電樞的功率相比，所占比例較小，勵磁電壓又較低，因此使磁極旋轉，通過滑環(huán)為勵磁繞組供電較容易實現(xiàn)。以同步補償機方式運行時，實際上是一臺接在交流電網上空載運行的同步電動機。本文在前人的研究基礎上，介紹了三相同步電動機機的設計要點，并對變頻調速系統(tǒng)的設計做了嘗試。同步電機一般把電樞繞組放置在定子上，把磁極放置在轉子上，勵磁繞組套在磁極上。圖11 汽輪發(fā)電機圖12 水輪發(fā)電機按電動機帶動的負載分，有均勻負載、交變負載和沖擊負載的電動機。電樞繞組為三相對稱交流繞組，一般多為雙層繞組，嵌裝在定子槽內。阻尼繞組在同步發(fā)電機中起到機制轉子機械震蕩的作用；在同步電動機中起到啟動繞組的作用。(5) 額定頻率：指額定運行時的頻率，我國標準工頻規(guī)定為。當轉子旋轉時, 以機械方式形成旋轉磁通勢，在氣隙中形成另一種旋轉磁場。轉矩性質和運行方式：轉子磁場順著旋轉方向滯后定子磁場運行：拖動轉矩+電動機運行方式轉子磁場順著旋轉方向滯后定子磁場運行時，轉子受到與其轉向相同的電磁轉矩作用。通常，首先根據(jù)技術條件書或技術任務書或技術建議書中規(guī)定的防護型式、安裝方式與冷卻方式，然后考慮電磁計算中所選負荷的高低，來選取合適的通風冷卻系統(tǒng)；然后安排產品的總體結構，繪制總裝配草圖。第四章 電磁設計方案計算電磁設計方案的計算是根據(jù)設計要求，即提供的數(shù)據(jù)以及技術要求來進行同步電動機的電磁方案的計算。電樞繞組電密規(guī)定范圍為800~900，而通過其計算公式可知，當同步電動機的額定數(shù)據(jù)和主要尺寸已給出的情況下，電樞繞組電密只與線規(guī)S有關。在基頻以下，磁通恒定時轉矩也恒定，屬于“恒轉矩調速”，在基頻以上，轉速升高時轉矩降低，屬于“恒功率調速”。圖65 同步電動機基于電流模型的矢量控制系統(tǒng)根據(jù)機電能量轉換原理，同步電動機的電磁轉矩可以表達為：旋轉磁動勢幅值：整理以后得其中，上式表明，經矢量分解后，同步電動機的轉矩公式獲得了和直流電動機轉矩一樣的表達式。圖形輸出功能：圖形輸出包括屏幕顯示和打印出圖，Auto CAD提供了方便的縮放和平移等屏幕顯示工具，模型空間、圖紙空間、布局、發(fā)布和打印等功能極大地豐富了出圖選擇。手工核算主要的目的主要是使我們熟悉電機設計的一般步驟、程序，對電機各參量的相互聯(lián)系有更實際的認識，為下一步的優(yōu)化設計打下基礎。(4) ia0, ib0 and ic0。因此必須全面地、綜合地看問題，并能因時因地制宜，針對具體情況采取不同的解決方案。作為一個通用的工種設計平臺，Auto CAD還擁有強大的人機交互能力和簡便的操作方法，十分方便廣大普通用戶，下面介紹一下Auto CAD的主要功能。圖63 磁動勢和磁通的空間矢量圖圖64 電壓、電流和磁鏈的時間向量圖圖64畫出了定子一相繞組的電壓、電流與磁鏈的時間相量圖。當電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，認為定子相電壓約等于，則/=常值，即恒壓頻比的控制方式。（2）同步電動機損耗及效率表52 損耗及效率單位：（w/kg）方案一方案二方案三氣隙磁密850085008800每槽導體數(shù)101110電樞齒部鐵耗電樞軛部鐵耗磁極極掌表面鐵耗總鐵耗電樞繞組銅耗勵磁損耗附加損耗375375375機械損耗總損耗（kw）效率93%%%從表52可以看出，無論增加每槽導體數(shù)還是增加氣隙磁密都會降低效率。在采用圓導線的半閉口槽中，一般用槽滿率來表示槽內導線的填充程度。上述關系可表示如下： —— –— –— –——電壓平衡方程：凸極同步電動機定子電樞任一相的電勢方程功率傳遞過程：電網輸入電功率—〉很小部分消耗于定子銅耗—〉大部分通過定、轉子磁場相互作用，電功率轉換成機械功率—〉轉子獲得的總電磁功率—〉扣除定子鐵耗，機械損耗，附加損耗—〉軸上輸出機械功率圖22 同步電動機功率流程圖第三章 電機設計基本方法（1）準備階段準備階段需要我們準備以下方面：首先熟悉國家標準，收集相近電機產品樣本和技術資料，并聽取生產以及使用單位地意見和要求；然后在國家標準有關規(guī)定及分析相應資料的基礎上，編制技術任務書或者技術建議書。同步電動機的空氣隙間存在兩種不同方式產生的旋轉磁場，所以，當兩個磁場的空間位置不同時，根據(jù)磁極間同性相斥、異性相吸原理，它們之間會產生相互作用的電磁力。轉子旋轉磁場：直流勵磁的旋轉磁場。2）同步電動機銘牌額定數(shù)據(jù)(1) 額定容量或額定功率：同步電機的額定容量是指出線端的額定視在功率，單位為或者；額定功率是指發(fā)電機輸出的額定有功功率，或指電動機軸上輸出的額定機械功率，單位為或者；對于補償機則使用額定視在功率(或者無功功率)來表示。凸極式轉子制造很方便，且容易制成多極，但是機械強度低，大多用于中速或低速的場合，例如水輪發(fā)電機。定子部分：由鐵心、電樞繞組、機座及端蓋等結構部件組成。按用途來分，有發(fā)電機、電動機、補償機。若電網的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉速恒為常數(shù)而與負載的大小無關。 同步電機分為同步發(fā)電機、同步電動機和同步補償機。按結構特點分，有旋轉電樞式和旋轉磁極式；在旋轉磁極式中，有凸極式的和隱極式的；有立式的和臥式。定子鐵心是構成磁路的部件，通常采用硅鋼片疊裝而成，可減少磁滯和渦流損耗。凸極電機的氣隙是不均勻的，圓周各處的磁阻各不相同，在轉子磁極的幾何中線處氣隙最大，磁阻也很大。(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。速度：同步速度，方向：與定子相同。同步電動機定子磁場與轉子磁場間沒有相對運動。（2）電磁設計電磁設計階段的任務是根據(jù)技術條件或者技術任務書的規(guī)定，參照生產實踐經驗，通過計算以及方案比較，確定與設計電機電磁性能有關尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關材料，并核算出其電磁性能。槽滿率通常不能取得太高，如果槽滿率設計得太高的話，會使嵌線造成困難，容易引起絕緣損傷。再結合表51的材料用量可以發(fā)現(xiàn)，若想增加同步電動機的效率，就不要考慮材料的節(jié)省。（2）基頻以上調速在基頻以上調速時，頻率應該從向上升高，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。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。具有強大的圖形繪制功能：Auto CAD提供了創(chuàng)建直線、圓、圓弧、曲線、文本和尺寸標注等多種圖形對象的功能。并對電磁設計進行了優(yōu)化設計，利用計算機程序對電機設計進行優(yōu)化設計的調試，分別為：；。(5) ia0, ib0 and ic0。同時對所學知識進行了梳理與總結，并培養(yǎng)和提高了自己獨立分析、解決問題的能力。具有方便的圖形編輯功能：Auto CAD提供了復制、旋轉、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。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矢量控制系統(tǒng)。如果電動機在不同轉速時所帶的負載都能使電流達到額定值，也就是都能在允許溫升下長期運行，則轉矩基本上隨磁通變化。在同步電動機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習了很多關于同步電動機的知識。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。這個階段要求設計3個方案：最省材料方案，最有效率方案以及一般方案（3）結構設計電磁設計結束以后，根據(jù)計算結果確定電機機械結構、零部件尺寸、加工要求和材料的規(guī)格及及性能要求。這個相對位置決定了同步電動機的運行方式。同步電動機轉子上裝有直流勵磁產生的磁極，磁極與轉子無相對運動。(4) 額定功率因數(shù)：指額定運行時電機的功率因數(shù)。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。大型同步電機因為尺寸太大，硅鋼片常做成扇形沖片，然后組裝成圓形。按發(fā)電機的原動機來分，有汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和其他原動機帶動的發(fā)電機（如柴油機等）。同步電機最突出的特點就是如果電網的頻率不變，穩(wěn)態(tài)時的轉速恒為常數(shù)且與負載的大小無關。關鍵詞：同步電動機；電機設計；變頻調速系統(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 同步電機概論 1 1 1 2 4 4第二章 同步電動機的工作特性 7 7 8 10第三章 電機設計基本方法 11 11 11第四章 電磁設計方案計算 14 14 14第五章 電磁設計結果分析 40 40 40 42第六章 同步電動機變頻調速系統(tǒng)設計 43 43 43 44第七章 Auto CAD 2004繪圖 49 CAD簡介 49 49 50 51參考文獻 54總結 55致謝 56第一章 同步電機概論同步電機和異步電機一樣是一種常用的交流電機。這時電機不帶任何機械負載，依靠調節(jié)轉子中的勵磁電流向電網發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，可以改善電網功率因數(shù)或者調節(jié)電網電壓，滿足電網對無功功率的要求。因此旋轉電樞式電機只適用于小容量的同步電機，同步電機的基本結構形式是旋轉磁極式。隱極電機的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同。根據(jù)這三種基本安裝結構，電動機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。同步電機作為電動機運行，只要其定子三相繞組流通對稱三相電流，就將在氣隙中產生旋轉磁通勢，建立旋轉磁場。穩(wěn)態(tài)對稱運行時，無論定子磁場或轉子磁場均以同步轉速旋轉，同轉子繞組沒有相對運動，也不會在轉子繞組中產生感應電動勢。b