【正文】 (4) ia0, ib0 and ic0。本次畢業(yè)設(shè)計的完成過程中，還得到了黃教授門下研究生王愛鳳學(xué)姐的幫助，在此一并表示感謝。作為一名工科的學(xué)生，我更深深地體會到知識更新、學(xué)無止境的重要性，因此，在今后的工作和生活當(dāng)中，將不斷地積極求學(xué)進(jìn)取，生命不息，讀書不止，這樣才能豐富和完善自己。手工核算主要的目的主要是使我們熟悉電機(jī)設(shè)計的一般步驟、程序，對電機(jī)各參量的相互聯(lián)系有更實(shí)際的認(rèn)識，為下一步的優(yōu)化設(shè)計打下基礎(chǔ)。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。圖71 定子沖片圖跟定子沖片圖一樣，在實(shí)際工作生產(chǎn)中，設(shè)計師會利用已有的轉(zhuǎn)子沖片圖設(shè)計電機(jī)繞組，主要是因為這樣可以有效的節(jié)省設(shè)計步驟，充分的利用已有資源。通過DXF、IGES等圖形數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)Auto CAD和其他系統(tǒng)的集成。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。作為一個通用的工種設(shè)計平臺，Auto CAD還擁有強(qiáng)大的人機(jī)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。第七章 Auto CAD 2004繪圖 CAD簡介Auto CAD是由美國Autodesk公司開發(fā)的大型計算機(jī)輔助繪圖軟件，主要用來繪制工種圖樣。與此同時，乘以系數(shù)即得合成勵磁電流的給定信號，另外，按功率因數(shù)要求還可得定子電流勵磁分量給定信號。圖65 同步電動機(jī)基于電流模型的矢量控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以表達(dá)為：旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值：整理以后得其中，上式表明，經(jīng)矢量分解后，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式獲得了和直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩一樣的表達(dá)式。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。圖62 二極同步電動機(jī)的物理模型圖中，定子三相繞組軸線A、B、C是靜止的，三相電壓、和三相電流、都是平衡的，轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組在勵磁電壓供電下流過勵磁電流。忽略阻尼繞組的效應(yīng)。在基頻以下，磁通恒定時轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時轉(zhuǎn)矩降低，屬于“恒功率調(diào)速”。當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，認(rèn)為定子相電壓約等于，則/=常值，即恒壓頻比的控制方式。（2）自控變頻調(diào)速系統(tǒng)用電動機(jī)本身軸上所帶轉(zhuǎn)子位置檢測器或電動機(jī)反電動勢波形提供的轉(zhuǎn)子位置信號來控制變頻裝置換相時刻的系統(tǒng)。在計算第一個方案的時候，曾經(jīng)遇到過轉(zhuǎn)子磁軛磁密的數(shù)據(jù)超過了16000，大到轉(zhuǎn)子磁場強(qiáng)度連表都查不到的情況。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(dāng)同步電動機(jī)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(guān)。（2）同步電動機(jī)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(dǎo)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(jī)械損耗總損耗（kw）效率93%%%從表52可以看出，無論增加每槽導(dǎo)體數(shù)還是增加氣隙磁密都會降低效率。這樣的變化也使得電樞鐵心長變短，各項材料用量減少，同樣打到了節(jié)省材料的目的。在計算結(jié)果的檢查方面，自制了復(fù)算程序，通過程序驗證了結(jié)果的可靠性。第四章 電磁設(shè)計方案計算電磁設(shè)計方案的計算是根據(jù)設(shè)計要求，即提供的數(shù)據(jù)以及技術(shù)要求來進(jìn)行同步電動機(jī)的電磁方案的計算。在采用圓導(dǎo)線的半閉口槽中，一般用槽滿率來表示槽內(nèi)導(dǎo)線的填充程度。氣隙偏大則會導(dǎo)致空載電流增大、功率因數(shù)降低。主要尺寸是指電樞鐵心直徑D和長度。通常，首先根據(jù)技術(shù)條件書或技術(shù)任務(wù)書或技術(shù)建議書中規(guī)定的防護(hù)型式、安裝方式與冷卻方式，然后考慮電磁計算中所選負(fù)荷的高低，來選取合適的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝配草圖。上述關(guān)系可表示如下： —— –— –— –——電壓平衡方程：凸極同步電動機(jī)定子電樞任一相的電勢方程功率傳遞過程：電網(wǎng)輸入電功率—〉很小部分消耗于定子銅耗—〉大部分通過定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用，電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率—〉轉(zhuǎn)子獲得的總電磁功率—〉扣除定子鐵耗，機(jī)械損耗，附加損耗—〉軸上輸出機(jī)械功率圖22 同步電動機(jī)功率流程圖第三章 電機(jī)設(shè)計基本方法（1）準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段需要我們準(zhǔn)備以下方面：首先熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)，收集相近電機(jī)產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料，并聽取生產(chǎn)以及使用單位地意見和要求；然后在國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定及分析相應(yīng)資料的基礎(chǔ)上，編制技術(shù)任務(wù)書或者技術(shù)建議書。實(shí)踐證明，在不計磁飽和時，這種方法的效果滿足要求。同樣大小的電樞磁動勢作用直軸磁路上和作用交軸磁路產(chǎn)生的磁通因此存在很大差別。轉(zhuǎn)矩性質(zhì)和運(yùn)行方式：轉(zhuǎn)子磁場順著旋轉(zhuǎn)方向滯后定子磁場運(yùn)行：拖動轉(zhuǎn)矩+電動機(jī)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)子磁場順著旋轉(zhuǎn)方向滯后定子磁場運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子受到與其轉(zhuǎn)向相同的電磁轉(zhuǎn)矩作用。同步電動機(jī)的空氣隙間存在兩種不同方式產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，所以，當(dāng)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(chǎn)生相互作用的電磁力。切割靜止的定子繞組時，旋轉(zhuǎn)磁場在定子三相繞組中感應(yīng)出的頻率相同、時間相位卻不同的感應(yīng)電動勢。電動勢：定子繞組：感應(yīng)頻率與同步轉(zhuǎn)速相同地電動勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時, 以機(jī)械方式形成旋轉(zhuǎn)磁通勢，在氣隙中形成另一種旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場：直流勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場。它的旋轉(zhuǎn)速度即為同步速度，為；旋轉(zhuǎn)方向為從超前電流的相轉(zhuǎn)向滯后電流的相；當(dāng)某相電流達(dá)到最大值瞬間，旋轉(zhuǎn)磁勢振幅恰好轉(zhuǎn)到該相繞組軸線處。3）同步電動機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)效率：電機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比,通常用百分?jǐn)?shù)表示功率因數(shù)：電機(jī)輸入有效功率與視在功率之比定子槽滿率：繞組截面積和定子槽截面積比定子繞組電密I：定子繞組電流密度氣隙磁密B：氣隙磁通密度，與氣隙磁動勢成正比噪聲：發(fā)電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時A計權(quán)聲功率Db(A)振動：發(fā)電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時振動速度有效值第二章 同步電動機(jī)的工作特性（1）磁場定義：三相同步電動機(jī)運(yùn)行時有兩個旋轉(zhuǎn)磁場: 定子旋轉(zhuǎn)磁場以及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場。(5) 額定頻率：指額定運(yùn)行時的頻率，我國標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為。2）同步電動機(jī)銘牌額定數(shù)據(jù)(1) 額定容量或額定功率：同步電機(jī)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(jī)輸出的額定有功功率，或指電動機(jī)軸上輸出的額定機(jī)械功率，單位為或者；對于補(bǔ)償機(jī)則使用額定視在功率(或者無功功率)來表示。防護(hù)型式同步電機(jī)常用的防護(hù)型式有封閉式，防護(hù)式，氣候防護(hù)式以及開啟式。在電動機(jī)方面，傳統(tǒng)的同步電機(jī)最大的缺點(diǎn)就是頻率一定時轉(zhuǎn)速也固定，這限制了同步電動機(jī)在很多場合的應(yīng)用。阻尼繞組在同步發(fā)電機(jī)中起到機(jī)制轉(zhuǎn)子機(jī)械震蕩的作用；在同步電動機(jī)中起到啟動繞組的作用。凸極式轉(zhuǎn)子制造很方便，且容易制成多極，但是機(jī)械強(qiáng)度低，大多用于中速或低速的場合，例如水輪發(fā)電機(jī)。隱極式轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度很高，所以多用于高速同步電機(jī)。轉(zhuǎn)子部分：由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、勵磁繞組和滑環(huán)等組成。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(nèi)。定子部分：由鐵心、電樞繞組、機(jī)座及端蓋等結(jié)構(gòu)部件組成。由于同步電機(jī)的電樞功率很大，電壓很高，所以不容易通過滑環(huán)導(dǎo)入或?qū)С?。因此，?qū)動球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。圖11 汽輪發(fā)電機(jī)圖12 水輪發(fā)電機(jī)按電動機(jī)帶動的負(fù)載分，有均勻負(fù)載、交變負(fù)載和沖擊負(fù)載的電動機(jī)。按用途來分，有發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、補(bǔ)償機(jī)。變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用使得同步電動機(jī)的速度可調(diào)，再加上同步電動機(jī)的功率因數(shù)可調(diào)，使得同步電動機(jī)成為同步電機(jī)的一種重要的運(yùn)行方式。以同步電動機(jī)方式運(yùn)行時，在電機(jī)的電子繞組上加三相交流電，電機(jī)里將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。同步電機(jī)一般把電樞繞組放置在定子上，把磁極放置在轉(zhuǎn)子上，勵磁繞組套在磁極上。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。自從電力電子變壓變頻技術(shù)開發(fā)出來并獲得廣泛應(yīng)用以后，情況就大不相同了，采用電壓頻率協(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。 密級： NANCHANG UNIVERSITY 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 THESIS OF BACHELOR（2006—2010年）題 目75kw4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75kw4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)計摘要同步電機(jī)用作電動機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，只要電源頻率保持恒定，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就絕對不變。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，介紹了三相同步電動機(jī)機(jī)的設(shè)計要點(diǎn)，并對變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計做了嘗試。 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)。它的主要運(yùn)行方式有三種，即同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)及同步補(bǔ)償機(jī)。轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通入直流電后，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于磁鐵。以同步補(bǔ)償機(jī)方式運(yùn)行時，實(shí)際上是一臺接在交流電網(wǎng)上空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。同步電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時，是應(yīng)用最廣泛的。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。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(zhuǎn)，通過滑環(huán)為勵磁繞組供電較容易實(shí)現(xiàn)。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。定子機(jī)座是支承部件，作用為安放定子鐵心和電樞繞組，并且構(gòu)成所需的通風(fēng)路徑，因此它要有足夠的剛度和強(qiáng)度。分為兩種類型，隱極式和凸極式。在同步電機(jī)的運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子因為高速旋轉(zhuǎn)而需要承受很大的機(jī)械應(yīng)力，所以隱極式轉(zhuǎn)子大多采用整塊強(qiáng)度高和良好導(dǎo)磁性能的鑄鋼或鍛鋼加工而成。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?；h(huán)裝在轉(zhuǎn)子軸上，由引線連接到勵磁繞組，并且由電刷接到勵磁裝置?，F(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。安裝型式同步電動機(jī)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。(2) 額定電壓：指正常運(yùn)行時定子三相繞組的線電壓，單位為或者。(6) 額定轉(zhuǎn)速：指同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。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。這旋轉(zhuǎn)磁通勢是以電氣方式形成的。速度：同步速度，方向：與定子相同。因為磁場隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，稱為直流勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場。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。繞組的感應(yīng)電動勢時間相位差和旋轉(zhuǎn)磁場間的空間相位差相等。同步電動機(jī)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場間沒有相對運(yùn)動。此時，電樞磁場作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子拖動外部機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，此為電動機(jī)運(yùn)行方式。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。），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(yīng)磁導(dǎo)分別計算出其所產(chǎn)生的直軸、交軸電樞磁通。（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(shí)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。然后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對總裝配草圖進(jìn)行必要的修改。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。但是氣隙不能過小，否則除了影響機(jī)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(zhuǎn)矩以及附加損耗的增加，進(jìn)而造成較高溫升與較大噪聲。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。提供的額定數(shù)據(jù)： 75KW 3 400V 50Hz 4 25cm 43cm 30cm 48技術(shù)要求： ≥% ~ 800~900 7500~8800如下表：表41 凸極式三相同步電動機(jī)電磁計算方案一方案二方案三一、額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求1．額定功率7575752．相數(shù)3333．額定線電壓4004004004．額定相電壓5．額定頻率5050506．極數(shù)4447．額定效率8．額定功率因數(shù)9．額定相電流10．額定轉(zhuǎn)速15001500150011．額定轉(zhuǎn)矩12．機(jī)座中心高（cm）25252513．定子槽滿率80~85%%14．定子繞組電密7~15．氣隙磁密~二、定子沖片設(shè)計16．定子外徑43434317．定子內(nèi)徑30303018．定子槽數(shù)48484819．電