20kw4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统设计电机电器本科毕业论文.doc

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1、20kw-4极电励磁同步电动机电磁方案及控制系统设计 摘要本论文介绍了同步电动机的结构及其运行原理，重点分析同步电动机电磁结构及其对电机性能的影响，提出数个电磁设计方案，并对比来分析电磁方案的优缺点：效率提高，电机体积会相应的增大，材料成本会增加；缩小电机体积，成本降低，效率也降低。通过对比分析，选择合适的电机设计参数，从而实现同步电动机优化设计。在设计的基础上，分析同步电动机启动和调速性能。 随着电力电子技术和计算机控制技术的不断发展，变频调速在同步电动机的调速系统中得以实现，分析矢量控制算法，提出转矩控制和弱磁控制方法，根据要求设计出同步电机变频调速系统。关键字：同步电动机；电磁方案设计；

2、变频调速；矢量控制 Design of electromagnetic and control system for 10kw-6p electric excitation synchronous motor Abstract This paper introduces the structure of an synchronous motor and the operating principles，and analyze electromagnetic structure of the synchronous motor and the impact on motor performanc

3、e . a number of electromagnetic designs are developed and compared to analyze the advantages and disadvantages of electromagnetic ：with higher efficiency the volume of the motor is correspondingly increased, and costs will increase ; the volume and material costs are reduced with reduceing efficienc

4、y . and the appropriate motor design parameters are choosed by comparative analysis to develop optimal design of synchronous motor In the design, synchronous motor starting and speed performances are analyzed . With the power electronics and computer control technology developing, frequency control

5、is applied to electric synchronous motor speed control system .the paper analyzes vector control algorithm and proposes torque control and field weakening control method, and designs frequency control system of a synchronous motor on requestKeyword: synchronous motor; electromagnetic design; vector

6、control; frequency control目录摘要Abstract绪论第一章 同步电机概论 1.1同步电机的额定值1.2同步电机的用途1.3同步电机的三种运行方式第二章 同步电动机的运行分析 2.1同步电动机的基本方程式、相量图及功角特性2.2同步电动机的稳态运行2.3同步电动机无功功率的调节第三章 同步电机变频调速分析 3.1同步电机与直流电机调速的比较3.2同步电机和异步电机调速的比较 3.3 同步电动机矢量控制 3.4坐标变换 3.5同步电动机转矩控制 3.6同步电动机励磁控制 3.7交流变频调速同步电机 3.7.1同步电机极数与频率的选择 3.7.2同步电机电压的选择第四章

7、自控式同步电动机及其控制系统 4.1自控式同步电动机的分类及应用范围 4.1.1自控式同步电动机的分类 4.1.2自控式同步电动机的应用领域 4.2自控式同步电动机的工作原理和运行性能 4.2.1工作原理 4.2.2运行性能第五章 同步电动机的电磁方案设计 5.1 同步电动机设计思路 5.2 同步电动机设计 5.3 数据对比 5.4 同步电机设计方案对比分析 5.5 同步电动机设计工作总结 5.6 同步电动机cad附图第六章 调速控制系统硬件组成 6.1 调速系统主电路 6.2 控制电路 6.3 调速系统举例第七章 AUTO CAD 2006绘图 7.1定子冲片图 7.2转子冲片图 7.3单相

8、绕组图第八章总结 参考文献（References）致 谢外文资料原文及译文 前言随着电力电子技术和计算机控制技术的不断发展，变频调速在同步电动机的调速系统中的实现，使同步电动机的应用场合大为扩大。同步电动机的稳态转速只跟电网的频率有关与负载无关，同时具备类似直流电动机优良的调节特性，及其功率因数能高达1，较一般感应电机而言，效率较高。同步电动机从励磁角度，可分为电励磁和永磁同步电动机。同步电动机正朝着永磁方向发展，而且永磁同步电动机因其优良的工作特性和高效率等优点正被广泛地开发和应用。同步电动机用于多轴控制系统。研究电励磁同步电动机结构和原理就显得很有必要。第一章 同步电机1.1同步电机的主要

9、结构同步电机是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子产生磁场。同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时，由于材料标准尺寸的限制，必须做成 扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。如下图：1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的

10、电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。1.2同步电机的额定值同步电机的额定值有：1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率 。对于电动机而言：输出的是机械功率。，单位是KW。4） 相数m ：一般m=3。5）额定频率:我国额定工业频率规定为50Hz.6）额定转速：额定转速即为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。1.3同步电机的三种运行方式同步电机的三种运行方式如右图：1）转子轴线超前定子轴线，

11、产生的电磁转矩为制动性质显然是发电机。2）转子轴线和定子轴线相重合，此时的功角为零，电磁转矩为0，所以这是一种从发电机向电动机过度的临界状态。3）转子轴线滞后与定子轴线一个功角，此时产生的电磁转矩为驱动性质，所以我们可以断定电机为电动机。第二章 三相同步电动机2.1同步电动机的基本方程式、相量图及功角特性同步电动机的电势平衡方程式及相量图，可以通过同步发电机的电势平衡方程式及相量图转化求得。一、基本方程式：1、电动势：同理可得出凸极式：2、相量图：相对与发电机，即可作出相应的电动机的相量图。3功角特性：在同步发电机中，我们令电流流出的方向为正方向，而在电动机中，理论上，我们仍然可以这样，但为了大家好理解，我们设电流流入的方向为正方向。这样，我们可以仿照同步发电机列出同步电动机的功角特性表达示： 即：这样，我们就可以画出凸极同步电动机的功角特性曲线。为了结构上的简单，在某些小容量同步电动机的转子上不安放直流励磁绕组，因此转子就不能产生磁场，感应电势此时电动机的电磁功率并不为零，仍有有了电磁功率就有电磁转矩，因此转子没有励磁的凸极同步电动机也能旋转。2.2同步电动机的稳态运行当三相同步电动机定子对称绕组接到三相对称电源上的时候，就会产生三相合成基波旋转磁通势气，简称电枢磁通势，其空间向量用表示。假设电枢磁通势的转向为逆时针方向，其转速为同步速。电枢磁通势的大小为