50kw-4极变频调速同步电动机的电磁设计方案及控制系统的设计本科毕业论文(编辑修改稿)

50kw-4极变频调速同步电动机的电磁设计方案及控制系统的设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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. 目录 III 目录 摘要 ............................................................... I Abstract .......................................................... II 绪论 .............................................................. IV 第一章 同步电机概述 ................................................ 1 同步电机主要类型和用途 ...................................... 1 同步电动机的基本结构 ........................................ 1 同步电机设计时的基本技术要求 ................................ 2 第二章 同步电动机的运行原理及特性 ................................ 5 同步电动机的工作原理 ........................................ 5 同步电动机的励磁方式 ........................................ 5 电枢反应 .................................................... 5 同步电动机的运行特性 ........................................ 7 同步电动机的基本电磁关系与电压方 程式（凸极式为例） ......... 10 第三章 同步电动机变频调速控制 ................................... 12 同步电机坐标系统的转换 ..................................... 12 自控式同步电动 机变频调速系统及硬件控制电路 ................. 15 同步电动机矢量变换控制及硬件控制电路 ....................... 20 第四章 电机设计的基本理论 ....................................... 25 ......................................... 25 电机参数对电机的影响 ....................................... 25 电机气隙大小对电机的设计的影响 ............................. 25 槽满率对 电机的影响 ......................................... 26 第五章 同步电动机电磁设计的计算过程 ............................. 27 第六章 毕业设计结果分析 ......................................... 46 关于材料用量的对比 ......................................... 46 关于损耗与效率的对比 ....................................... 46 关于电磁负荷的对比 ......................................... 46 关于电机参数的对比 ......................................... 47 电磁设计结果分析 .......................................... 47 第七章 AUTO CAD 绘图 ............................................. 49 定、转子冲片图的绘制 ....................................... 49 绕组连接图的绘制 ........................................... 50 第八章 设计总结 ................................................. 52 参考文献 .......................................................... 53 致谢 .............................................................. 54 外文翻译 .......................................................... 55 绪论 IV 绪论 电动机 运行的 同步电机 ，由于同步电机可以通过调节励磁电流使它在超前功率因数下运行，有利于改善电网的 功率因数 ，因此，大型设备，如大型鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机等，常用同步电动机驱动。 低 速的大型设备采用同步电动机时，这一优点尤为突出。 此外，同步电动机的转速完全决定于电源频率。 频率一定时，电动机的转速也就一定，它不随负载而变。 这一特点在某些传动系统，特别是多机同步传动系统和精密调速稳速系统中具有重要意义。 同步电动机的运行稳定性也比较高。 同步电动机一般是在过励状态下运行，其过载能力比相应的 异步电动机 大。 异步电动机的转矩与电压平方成正比，而同步电动机的转矩决定于 电压 和电机励磁电流所产生的内电动势的乘积，即仅与电压的一次方成比例。 当电网电压突然下降到额定值的 80％左右时，异步电动机转矩往往下降为 64％左右，并因带不动负载而停止运转；而同步电动机的转矩却下降不多，还可以通过强行励磁来保证电动机的稳定运行。 同步电动机变频 调速是交流电机调速控制的一个重要方面，它的应用领域十分广泛，其功率覆盖面非常广阔，从瓦级的永磁直流电动机到万千瓦级的大型轧机、窑炉传动电机、鼓风机电机等。 大型同步电动机和超大型抽水蓄能电动发电机的变频起动亦属于同步电动机变频调速之列。 近期来永磁同步电动机的迅速发展，使同步电动机变频调速技术的应用愈来愈多。 第一章 同步电机概述 1 第一章 同步电机概述 同步电机主要类型和用途 同步电机按用途可分为 发电机 、电动机和补偿机；按结构特点可分为凸极式的和隐极式的，立式的和卧式的；按通风方式可分为开启式、防护式、封闭式的；按冷却方式可 分为空气冷却、氢气冷却、水冷却和混合冷却式的；按放电机的原动机来分可分为汽轮 发电机 、水轮 发电机 和其他原动机带动的 发电机 ；按电动机带动的负载来分可分为均匀负载、交变负载或冲击负载的电动机。 近些年来，由于电力电子技术的发展，将变频器和同步电机联系起来，组成了无换向器电动机，它没有直流电机的机械换向器，用电子换向来代替，可以得到与直流电机同样的性能，而且可以做到比直流电机容量更大、电压和转速更高，在工业上开辟了新的用途。 在现代社会机里，械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其他各工矿企 业中，广泛地应用各种同步电机，除了工业，在农业、交通运输业以及国防、文教、医疗等等中也都广泛地应用着各种同步电机。 同步电动机的基本结构 同步电动机主要由定子、转子以及滑环、电刷装置等部件构成。 其绕组结构和定子铁心与感应电动机的一致，当同步电动机的转速比较低时，级数也相应较多，此时由于定子圆周所能开的槽数是有限定的，定子绕组通常采用分数槽绕组。 同步电动机与感应电动机的最大不同在于转子结构上的不同。 同步电动机的转子由转子铁心、励磁绕组和转轴、滑环等构成。 转子铁心和励磁绕组一起构成了主磁极，励 磁绕组中通入直流励磁电流就产生了主极磁场。 像这样主磁极旋转的结构称为旋转磁极式结构。 按照主磁极形状的不同同步电动机又可分为凸极式和隐极式两种形式。 因为主磁极有明显凸出所以称之为凸极式转子。 这种情况下气隙是不均匀的，磁极下面的气隙小，两磁极之间的气隙打。 为了改善气隙磁场的波形磁极圆第一章 同步电机概述 2 弧的圆心常与定子内圆圆心偏心，一般取极尖处的气隙长度为主磁极轴线处气隙长度的 倍。 励磁绕组为集中式的绕组，套装再主磁极的极身上。 为了能够得到启动转矩以及提高动态性能，需要在凸极式转子主磁极的极靴表面开槽，以便装设启动绕组。 此种 转子的机械强度比较差，适合圆周速度较低、离心力比较小的低速电动机。 由于同步电动机大多转速比较低，因此基本上均为凸极式结构。 隐极式转子为圆柱形，气隙均匀。 励磁绕组为同心式绕组，嵌放在转子铁心槽内，在大齿部分形成磁极。 隐极式转子的机械强度比较好，适合于高速运行的电动机。 为了给转子励磁绕组通入直流励磁电流，需要设置电刷和滑环，以便励磁绕组和外部直流励磁电源相连接。 同步电机设计时的基本技术要求 （ 1） 给定数据：①额定功率 ②额定电压 ③相数及相间连接方式 ④额定频率 ⑤额定转速 ⑥额定功率因数 （ 2）铭牌：①电机的型号 ②额定功率 ③额定电压 ④额定电流 ⑤额定转速 ⑥额定功率因数 ⑦额定励磁电压和额定励磁电流 ⑧额定温升 （ 3） 电磁设计的任务是根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算其电磁性能。 电磁设计过程主要包括同步 电动机 的主要尺寸、磁场波形、电枢铁心、电枢绕组、磁路、稳态电抗、短路比、励磁绕 组、短路电流、过载能力、暂态电抗、谐波绕组、负载时的损耗及效率。 第二章 同步电动机的运行原理及特性 3 第二章 同步电动机的运行原理及特性 同步电动机的工作原理 同步电动机的工作原理是依靠转子主磁场与气隙合成磁场之间的磁力而工作的。 同步电动机定子三相绕组接通三相电源后，定子绕组中就会产生三相电流，从而在定子中产生旋转磁动势和旋转磁场。 旋转磁场切割转子笼形启动绕组从而会产生异步启动转矩使电动机启动。 当转速升高至 95%同步转速时投入励磁，产生主极磁场，在主极磁场与气隙合成磁场之间产生的同步转矩的作用下，使电动机自动牵入同步。 牵入 同步后，电动机转入正常运行。 实际上，只有在转子以同步速旋转时，同步电动机才能产生平均电磁转矩。 可以把这种 N 极和 S 极之间的磁拉力看成转子主磁场 B0 与气隙合成磁场 B 之间由一组弹簧联系在一起。 当电动机空载运行时，弹簧处于自由状态，这时 B0 与 B 的轴线重合，电磁转矩为零；当电动机负载运行时，弹簧被拉伸， B0 与 B 的轴线之间被拉开一个角度从而会产生一定的同步电磁转矩。 负载越大 B0 与 B 的轴线之间被拉开的角度也会越大，同步电动机的电磁转矩也就越大，就像弹簧越拉伸弹力越大一样。 B0 与B 的轴线之间的电角度称为功率角。 显然，同步电 动机电磁转矩的增大是有一定限度的，超过了这个限度，同步电动机就会因为失去同步而不能正常工作，甚至是停转。 因同步电动机的转子主磁场与气隙合成磁场之间的磁拉力而产生的电磁转矩称为同步转矩。 在同步电动机正常稳定运行时，它的转速与负载的大。