【正文】 also on the motor stator and rotor structure, air gap magic field distribution, the motor parameter selection, and many other studies carried out to determine the effective control loop program. In this paper, the process of design is: the basis of the national technical standards, according to the needs of users , we can determine the size of the motor structure. 2. To research the noload airgap flux distribution,so as to select the rotor configuration ,which consists of some important parameters,such as the permanent mag dimension and conductor number per slot get the performance of motor by calculation with known formulas,as a result an adjustment for the motor’s configuration can be practised, we can get three logical and feasible project. The first set of the data the program is selected, according to preliminary calculation program to design a motor to make it consistent with the efficiency of synchronous generator, temperature and other requirements. Second program is the study by increasing the number of conductors per slot to make the material most provinces (mainly refers to the consumption of copper and iron) program. The third set of program is to study reducing the number of conductors per slot to enable the highest efficiency program. 4. By paring the three types of design, balance between efficiency, temperature rise, saving materials, and many other requirements, have a material and also enhance the performance of both the province39。 最后，選擇合適的變頻調(diào)速控制回路，校驗(yàn)變頻器的特性，使其符合 同步電機(jī)的工作特性。 ④通過比較三種設(shè)計(jì)方案，兼顧效率、溫升、節(jié)省材料等多方面的要求，得到一個(gè)既省材又提高性能的綜合方案。 ③根據(jù)電機(jī)工作性能的計(jì)算公式計(jì)算電 機(jī)性能，由計(jì)算結(jié)果調(diào)整電機(jī)的結(jié)構(gòu)，得出三套可行的方案。 本文在電機(jī)設(shè)計(jì)過程中采用的步驟是： ①在國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶的需求，大致確定電機(jī)的尺寸結(jié)構(gòu)。根據(jù)課題的要求，本論文主要介紹了同步發(fā)電機(jī)的基本特點(diǎn)、工作原理、運(yùn)行方式，及其電磁設(shè)計(jì)的基本方 法。 The gnralstf(1mpoyidvc,u)0jb。5w 密級(jí)： NANCHANG UNIVERSITY 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 THESIS OF BACHELOR （ 2021— 2021 年） 題 目 16KW6 極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案 及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 系 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè)班級(jí)： 電機(jī)電器 061 班 學(xué)生姓名： 史凌飛 學(xué)號(hào)： 6101106019 指導(dǎo)教師： 黃劭剛 職稱： 教授 起訖日期： ~ 摘要 I 16KW6 極變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的電磁方案 及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘 要 本文討論的是同步電 動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方案及其變頻調(diào)速的控制回路的設(shè)計(jì)。 根據(jù)變頻調(diào)速的要求，本文也對(duì)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、氣隙磁場的分布、各電機(jī)參數(shù)的合理選擇等多方面的情況進(jìn)行了研究，從而確定有效地控制回路方案。 ②進(jìn)行電機(jī)空載磁場的研究，確定包括磁體的尺寸、每槽導(dǎo)體數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)在內(nèi)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。第一套方案是選定各項(xiàng)數(shù)據(jù)按照計(jì)算程序來初步設(shè)計(jì)一臺(tái)電機(jī)，使其符合同步發(fā)電機(jī)的效率、溫升等要求；第二套方案是研究通過增加每槽導(dǎo)體數(shù)來使材料最省（主要是指銅和鐵的耗用量）的方案；第三套方案是主要是研究減小每槽導(dǎo)體數(shù)來使效率達(dá)到最高的方案。 ⑤運(yùn)用 AUTOCAD 繪圖軟件，繪制定轉(zhuǎn)子沖片和繞組連接圖。 關(guān)鍵詞 ： 同步電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速、設(shè)計(jì) The gnralstf(1mpoyidvc,u)0jb。s prehensive plan. 5. Using AUTOCAD drawing software, drawing tablet and stator and rotor Abstract III winding connection diagram. Finally, select the appropriate frequency conversion control circuit, checking the inverter characteristics,to meet the synchronous motor operating characteristics. Keywords: synchronous motor； frequency control； design The gnralstf(1mpoyidvc,u)0jb。為獲得高性能、高精度的執(zhí)行效果，常常使用變頻器對(duì)同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，本文正是針對(duì)這樣一種需求產(chǎn)生的。 概述 本文設(shè)計(jì)的電機(jī)是用于 變頻調(diào)速的同步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)用戶提出的數(shù)據(jù)規(guī)格的要求，該電動(dòng)機(jī)也就沿用傳統(tǒng)電機(jī)軸向立式的結(jié)構(gòu)。 同步電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及我們的日常生活，幾乎離不開各種各樣的電機(jī)。電機(jī)數(shù)量之多，應(yīng)用范圍之廣，地位之重要，沒有其它設(shè)備 所能與之相比。 同步電機(jī)的應(yīng)用 也 是十分廣泛的。但是可以通過在電機(jī)內(nèi)部安裝機(jī)械定向裝置，實(shí)現(xiàn)定向旋轉(zhuǎn)，使該產(chǎn)品能夠用于塑封機(jī)等有轉(zhuǎn)向要求的場合。通過改變電容和電機(jī)輸出引線的接法，能夠可靠的實(shí)現(xiàn)電機(jī)定向旋轉(zhuǎn)并控制旋轉(zhuǎn)方向。主要用于監(jiān)控器材、醫(yī)療器械、辦公設(shè)備和自動(dòng)麻將桌等。5w2 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡介 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動(dòng)機(jī)三大要素組成，成為一個(gè)有機(jī)的整體。雖然調(diào)速傳動(dòng)從電流型上分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩大類，但在交流調(diào)速中，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成為兩類占有相當(dāng)比重的調(diào)速系統(tǒng)，且同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也并未被淘汰，它在電氣調(diào)速系統(tǒng)中仍占有一席之地。和同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，它具有效率高、過載能力大、體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、省維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并且可以做到大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓。無論是無刷勵(lì)磁還是有刷勵(lì)磁，和籠型異步電動(dòng)機(jī)相比，都要增加維護(hù)工作量。 總的來講，在三種調(diào)速系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)雖然調(diào)速系統(tǒng)歷史悠久，技術(shù)成熟，并且在不斷的完善自己，但由于直流電動(dòng)機(jī)的固有缺陷，必然被交流調(diào)速系統(tǒng)所取代，與異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相比較，有競爭力的當(dāng)屬同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，它引起了人們的極大興趣，在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域占有很大的比重，從國內(nèi)外研究和國外引進(jìn)設(shè)備來看，同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)越來越受到電氣傳動(dòng)專家、學(xué)者、工程技術(shù)人員的廣泛重視，相信不久的將來，在取代直流調(diào)速系統(tǒng)方面其作用將超過異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。小到電鐘和記錄式儀表的定時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，大到大型同步電動(dòng)機(jī)一直流發(fā)電機(jī)組，無一不是為了發(fā)揮其轉(zhuǎn)速恒定的優(yōu)勢而得到應(yīng)用的。在一個(gè)工廠里，只需有一臺(tái)或幾臺(tái)大容量設(shè)備 (例如水泵、空氣壓縮機(jī) )采用同步電動(dòng)機(jī)，就足以改善全廠的功率因數(shù)。而感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是可以變化的。同步電機(jī)還可作為同步調(diào)相機(jī)使用，同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)接在交流電網(wǎng)上空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，能向電網(wǎng)發(fā)出感性的無功功率，滿足電網(wǎng)對(duì)無功功率的要求。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁極同步電動(dòng)機(jī)按照磁極的形狀又可分為凸極式和隱極式，兩者的區(qū)別見下表： 磁極的形狀 氣隙特性 轉(zhuǎn)子形狀 結(jié)構(gòu)特性 采用條件 The gnralstf(1mpoyidvc,u)0jb。 此外，根據(jù)轉(zhuǎn)子有無勵(lì)磁， 同步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu) 還可分為 兩種： 轉(zhuǎn)子用直流電進(jìn)行勵(lì)磁。磁場線圈是由一只小型 直流發(fā)電機(jī) 或蓄電池來激勵(lì)，在大多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)中，直流發(fā)電機(jī)是裝在電動(dòng)機(jī)軸上的，用以供應(yīng)轉(zhuǎn)子磁極線圈的勵(lì)磁電流。鼠籠繞組放在轉(zhuǎn)子的周圍，結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)相似。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)之后，其速度慢慢增高到稍低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，此時(shí)轉(zhuǎn)子磁場線圈經(jīng)由直流電來激勵(lì)，使轉(zhuǎn)子上面形成一定的磁極，這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉(zhuǎn)磁極，這樣就增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的速率直至與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)為止。 轉(zhuǎn)子不勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)能夠運(yùn)用于單相電源上，也能運(yùn)用于多相電源上。所以是屬于 凸 極轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁極是由一種磁化鋼做成的，而且能夠經(jīng)常保持磁性。 凸極的極性是由定子感應(yīng)出來的，因此它的數(shù)目應(yīng)和定子上極數(shù)相等，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到它應(yīng)有的速度時(shí)，鼠籠繞組就失去了作用，維持旋轉(zhuǎn)是靠著轉(zhuǎn)子與磁極跟住定子磁極，使之同步 。特別是在過勵(lì)狀態(tài)下，還可使功率因數(shù)超前，從而提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)。 同步電動(dòng)機(jī)及同步調(diào)相機(jī)一般都采用凸極結(jié)構(gòu)。 同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的比較 同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)比較有下列優(yōu)點(diǎn)： ① 轉(zhuǎn)矩紋波小，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速準(zhǔn)確，過載能力強(qiáng)。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)差率也跟著變化，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生相應(yīng)的變化，但是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性阻礙電機(jī)響應(yīng)的快速性。同步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額足轉(zhuǎn)矩的 3 倍以上，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下穩(wěn)定運(yùn)行非常有利。這樣，它的效率比同規(guī)格的異步電動(dòng)機(jī)可以提高 2一 8 個(gè)百分點(diǎn)。5w6 ③ 結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。 同步電動(dòng)機(jī)的主要構(gòu)件 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與直流電機(jī)和異步電機(jī)相同，都是由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 圖 同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 定子結(jié)構(gòu) 同步電動(dòng)機(jī)的定子 由鐵心、電樞繞組、機(jī)座以及端蓋等結(jié)構(gòu)件組成。定子沖片分段疊裝，每段之間有通風(fēng)槽片，以構(gòu)成徑向通風(fēng)。電樞繞組為三相對(duì)稱交流繞組，多為雙層繞組，嵌裝在定子槽內(nèi)。大型同步電機(jī)的機(jī)座都采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 與異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，通常由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸、阻尼繞組、勵(lì)磁繞組和滑環(huán)等組成。 隱極式轉(zhuǎn)子如圖 所示，轉(zhuǎn)子呈圓柱形，無明顯的磁極。隱極式轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度高，故多用于高速同步電動(dòng)機(jī)。隱極電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同。凸極式轉(zhuǎn)子制造方便，容易制成多極，但是機(jī)械強(qiáng)度低，多用于中速或低速的場合。 此外，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極表面都裝有類似籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的短路繞組，由嵌入磁極表面的若 干銅條組成，這些銅條的兩端用短路環(huán)聯(lián)結(jié)起來。 滑環(huán)裝在轉(zhuǎn)子軸上，經(jīng)引線接至勵(lì)磁繞組，并借電刷接到勵(lì)磁裝置。同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁裝置主要有2個(gè)作用：一是完成同步機(jī)的異步啟動(dòng)并牽入同步運(yùn)行；二是進(jìn)行勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)控制。提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，既發(fā)揮供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、改善電壓質(zhì)量，又減少線路損失、提高用戶設(shè)備的 工作效率，為用戶節(jié)約電能。在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功功率；在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定繞組向電網(wǎng)“回送”無功功率。 The gnralstf(1mpoyidvc,u)0jb。 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置的發(fā)展和現(xiàn)狀 同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段： ① 5060年代是用直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁； ② 6060年代是用由分立元件組成的模擬控制可控硅勵(lì)磁； ③ 90年代以后使用微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，同時(shí)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通信功能。