【文章內(nèi)容簡介】 ing to conditions, make different situationspecific solutions. In this three options of the design, under the condition of efficiency, depending on the design objectives designs a most lightweight lest materials synchronous generator and a saving energy most synchronous generator with maximum efficiency . After the design I have found that the most provincial motor mostly dose not hvae the maximum efficient and the maximum efficient motor use the most materials. Therefore, in the actual design the motor must have prehensive consideration so the the optimal programme not only use fewer material but also have a relatively high efficiency . In addition, this article makes a presentation and of rendering graphics software AUTOCAD and puter programmingaided design . keywords: the theory of Synchronous motor, frequency control,the design ,CAD. 目錄 III 目錄 摘要 ............................................................... I Abstract .......................................................... II 緒論 .............................................................. IV 第一章 同步電機(jī)概述 ................................................ 1 同步電機(jī)主要類型和用途 ...................................... 1 同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) ........................................ 1 同步電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的基本技術(shù)要求 ................................ 2 第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及特性 ................................ 5 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理 ........................................ 5 同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式 ........................................ 5 電樞反應(yīng) .................................................... 5 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 ........................................ 7 同步電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系與電壓方 程式（凸極式為例） ......... 10 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 ................................... 12 同步電機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 ..................................... 12 自控式同步電動(dòng) 機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及硬件控制電路 ................. 15 同步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制及硬件控制電路 ....................... 20 第四章 電機(jī)設(shè)計(jì)的基本理論 ....................................... 25 ......................................... 25 電機(jī)參數(shù)對電機(jī)的影響 ....................................... 25 電機(jī)氣隙大小對電機(jī)的設(shè)計(jì)的影響 ............................. 25 槽滿率對 電機(jī)的影響 ......................................... 26 第五章 同步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)的計(jì)算過程 ............................. 27 第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果分析 ......................................... 46 關(guān)于材料用量的對比 ......................................... 46 關(guān)于損耗與效率的對比 ....................................... 46 關(guān)于電磁負(fù)荷的對比 ......................................... 46 關(guān)于電機(jī)參數(shù)的對比 ......................................... 47 電磁設(shè)計(jì)結(jié)果分析 .......................................... 47 第七章 AUTO CAD 繪圖 ............................................. 49 定、轉(zhuǎn)子沖片圖的繪制 ....................................... 49 繞組連接圖的繪制 ........................................... 50 第八章 設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................. 52 參考文獻(xiàn) .......................................................... 53 致謝 .............................................................. 54 外文翻譯 .......................................................... 55 緒論 IV 緒論 電動(dòng)機(jī) 運(yùn)行的 同步電機(jī) ，由于同步電機(jī)可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使它在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，有利于改善電網(wǎng)的 功率因數(shù) ，因此，大型設(shè)備，如大型鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，常用同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。低 速的大型設(shè)備采用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出。此外，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完全決定于電源頻率。頻率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就一定，它不隨負(fù)載而變。這一特點(diǎn)在某些傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性也比較高。同步電動(dòng)機(jī)一般是在過勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，其過載能力比相應(yīng)的 異步電動(dòng)機(jī) 大。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定于 電壓 和電機(jī)勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的內(nèi)電動(dòng)勢的乘積，即僅與電壓的一次方成比例。當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的 80％左右時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩往往下降為 64％左右，并因帶不動(dòng)負(fù)載而停止運(yùn)轉(zhuǎn)；而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩卻下降不多，還可以通過強(qiáng)行勵(lì)磁來保證電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。 同步電動(dòng)機(jī)變頻 調(diào)速是交流電機(jī)調(diào)速控制的一個(gè)重要方面，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，其功率覆蓋面非常廣闊，從瓦級(jí)的永磁直流電動(dòng)機(jī)到萬千瓦級(jí)的大型軋機(jī)、窯爐傳動(dòng)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)等。大型同步電動(dòng)機(jī)和超大型抽水蓄能電動(dòng)發(fā)電機(jī)的變頻起動(dòng)亦屬于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速之列。近期來永磁同步電動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展，使同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用愈來愈多。 第一章 同步電機(jī)概述 1 第一章 同步電機(jī)概述 同步電機(jī)主要類型和用途 同步電機(jī)按用途可分為 發(fā)電機(jī) 、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為凸極式的和隱極式的，立式的和臥式的；按通風(fēng)方式可分為開啟式、防護(hù)式、封閉式的；按冷卻方式可 分為空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻和混合冷卻式的；按放電機(jī)的原動(dòng)機(jī)來分可分為汽輪 發(fā)電機(jī) 、水輪 發(fā)電機(jī) 和其他原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的 發(fā)電機(jī) ；按電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載來分可分為均勻負(fù)載、交變負(fù)載或沖擊負(fù)載的電動(dòng)機(jī)。 近些年來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，將變頻器和同步電機(jī)聯(lián)系起來，組成了無換向器電動(dòng)機(jī)，它沒有直流電機(jī)的機(jī)械換向器，用電子換向來代替，可以得到與直流電機(jī)同樣的性能，而且可以做到比直流電機(jī)容量更大、電壓和轉(zhuǎn)速更高，在工業(yè)上開辟了新的用途。 在現(xiàn)代社會(huì)機(jī)里，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)及其他各工礦企 業(yè)中，廣泛地應(yīng)用各種同步電機(jī)，除了工業(yè)，在農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)以及國防、文教、醫(yī)療等等中也都廣泛地應(yīng)用著各種同步電機(jī)。 同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 同步電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子以及滑環(huán)、電刷裝置等部件構(gòu)成。其繞組結(jié)構(gòu)和定子鐵心與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一致，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，級(jí)數(shù)也相應(yīng)較多，此時(shí)由于定子圓周所能開的槽數(shù)是有限定的，定子繞組通常采用分?jǐn)?shù)槽繞組。同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大不同在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上的不同。 同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)等構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵心和勵(lì)磁繞組一起構(gòu)成了主磁極，勵(lì) 磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流就產(chǎn)生了主極磁場。像這樣主磁極旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)稱為旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)。按照主磁極形狀的不同同步電動(dòng)機(jī)又可分為凸極式和隱極式兩種形式。 因?yàn)橹鞔艠O有明顯凸出所以稱之為凸極式轉(zhuǎn)子。這種情況下氣隙是不均勻的，磁極下面的氣隙小，兩磁極之間的氣隙打。為了改善氣隙磁場的波形磁極圓第一章 同步電機(jī)概述 2 弧的圓心常與定子內(nèi)圓圓心偏心，一般取極尖處的氣隙長度為主磁極軸線處氣隙長度的 倍。勵(lì)磁繞組為集中式的繞組，套裝再主磁極的極身上。為了能夠得到啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及提高動(dòng)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)啟動(dòng)繞組。此種 轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度比較差，適合圓周速度較低、離心力比較小的低速電動(dòng)機(jī)。由于同步電動(dòng)機(jī)大多轉(zhuǎn)速比較低，因此基本上均為凸極式結(jié)構(gòu)。 隱極式轉(zhuǎn)子為圓柱形，氣隙均勻。勵(lì)磁繞組為同心式繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，在大齒部分形成磁極。隱極式轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度比較好，適合于高速運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。 為了給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流，需要設(shè)置電刷和滑環(huán)，以便勵(lì)磁繞組和外部直流勵(lì)磁電源相連接。 同步電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的基本技術(shù)要求 （ 1） 給定數(shù)據(jù)：①額定功率 ②額定電壓 ③相數(shù)及相間連接方式 ④額定頻率 ⑤額定轉(zhuǎn)速 ⑥額定功率因數(shù) （ 2）銘牌：①電機(jī)的型號(hào) ②額定功率 ③額定電壓 ④額定電流 ⑤額定轉(zhuǎn)速 ⑥額定功率因數(shù) ⑦額定勵(lì)磁電壓和額定勵(lì)磁電流 ⑧額定溫升 （ 3） 電磁設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算和方案比較，來確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算其電磁性能。 電磁設(shè)計(jì)過程主要包括同步 電動(dòng)機(jī) 的主要尺寸、磁場波形、電樞鐵心、電樞繞組、磁路、穩(wěn)態(tài)電抗、短路比、勵(lì)磁繞 組、短路電流、過載能力、暫態(tài)電抗、諧波繞組、負(fù)載時(shí)的損耗及效率。 第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及特性 3 第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及特性 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理是依靠轉(zhuǎn)子主磁場與氣隙合成磁場之間的磁力而工作的。同步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接通三相電源后，定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生三相電流，從而在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢和旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子籠形啟動(dòng)繞組從而會(huì)產(chǎn)生異步啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至 95%同步轉(zhuǎn)速時(shí)投入勵(lì)磁，產(chǎn)生主極磁場，在主極磁場與氣隙合成磁場之間產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)矩的作用下，使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)牽入同步。牽入 同步后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。實(shí)際上，只有在轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)才能產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩?？梢园堰@種 N 極和 S 極之間的磁拉力看成轉(zhuǎn)子主磁場 B0 與氣隙合成磁場 B 之間由一組彈簧聯(lián)系在一起。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，彈簧處于自由狀態(tài)，這時(shí) B0 與 B 的軸線重合，電磁轉(zhuǎn)矩為零；當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，彈簧被拉伸， B0 與 B 的軸線之間被拉開一個(gè)角度從而會(huì)產(chǎn)生一定的同步電磁轉(zhuǎn)矩。負(fù)載越大 B0 與 B 的軸線之間被拉開的角度也會(huì)越大，同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也就越大，就像彈簧越拉伸彈力越大一樣。 B0 與B 的軸線之間的電角度稱為功率角。顯然，同步電 動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的增大是有一定限度的，超過了這個(gè)限度，同步電動(dòng)機(jī)就會(huì)因?yàn)槭ネ蕉荒苷９ぷ鳎踔潦峭＾D(zhuǎn)。因同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子主磁場與氣隙合成磁場之間的磁拉力而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩稱為同步轉(zhuǎn)矩。在同步電動(dòng)機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，它的轉(zhuǎn)速與負(fù)載的大