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1、密级： 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR 200620XX 题 目： 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 / 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摘要本文开始于同步电机及电机设计的基本理论,简单介绍了同步电机的基本特性、类型、用途、主要结构、技术指标、工作特性、变频调速等。这些都是为同步电机电磁设计做准备的。电机设计是个复杂的过程,需要考虑的因素、确定的尺寸和数据很多。因此,必须全面地、综合地看问题,并能因地制宜,针对具体情况采取不同的解决方法。在本次设计的三个方案中,在满足效率的前提下,根据不同的设计目标分别设计
2、出一台重量轻和最省材料的同步电动机以及一台节省能源效率最高的同步电动机。经过设计发现:一台最省材料的电机往往不是效率最高而效率最高的电机所用的材料却是最多的。因此,在实际的电机设计中必须全面照顾,综合考虑,最后得到一个既省材料效率又高的最优方案。此外,对于用AUTOCAD软件绘制图形与计算机编程辅助设计也作了介绍和概述。关键词：同步电机原理、设计、变频调速、CAD.、Electromagnetic design and control system of the50KW-4 pore frequency control synchronous motorAbstractThis article
3、 begins from the basic theory of the synchronous motor and motor design , simply introduces the basic characteristics of synchronous motor, type, usage, main structure, technical indicators, working characteristics,frequency controland so no. These all are the preparation of electromagnetic design o
4、f synchronous motor. Electrical motor design is a complex process whichneeds to consider size,data and many other factors. Therefore, we should have a comprehensive lookingof the issue and according to conditions, make different situation-specific solutions. In this three options of the design, unde
5、r the condition of efficiency, depending on the design objectives designs a most light-weight lest materials synchronous generator and a savingenergy most synchronous generator with maximum efficiency . After the design I have found that the most provincial motor mostly dose not hvae the maximum eff
6、icient and the maximum efficient motor use the most materials. Therefore, in the actual design the motor must have comprehensive consideration so the the optimal programme not only use fewer material but alsohave a relatively high efficiency . In addition, this article makes a presentation and overv
7、iew.using of rendering graphics software AUTOCAD and computer programming-aided design .keywords:the theory of Synchronous motor, frequency control,the design ,CAD.目录摘要IAbstractII绪论IV第一章同步电机概述11.1同步电机主要类型和用途11.2 同步电动机的基本结构11.3 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52.1 同步电动机的工作原理52.2 同步电动机的励磁方式52.3 电枢反应52.
8、4 同步电动机的运行特性72.5 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123.1 同步电机坐标系统的转换123.2 自控式同步电动机变频调速系统及硬件控制电路153.3 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254.1电机设计过程和容254.2 电机参数对电机的影响254.3 电机气隙大小对电机的设计的影响254.4 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466.1关于材料用量的对比466.2 关于损耗与效率的对比466.3 关于电磁负荷的对比466.4 关于电机参数的对比476.5
9、 电磁设计结果分析47第七章 AUTO CAD 绘图497.1定、转子冲片图的绘制497.2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
10、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
11、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1.1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
12、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。1.2 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。
13、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弧的圆心常与定子圆圆心偏心,一般取极尖处的气隙长度为主磁极轴线处气隙长度的1.5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
14、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,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。1.3 同步电机设计时的基本技术要求1给定数据：额定功率 额定电压 相数及相间连接方式额定频率 额定转速 额定功率因数2铭牌：电机的型号 额定功率 额定电压额定电流 额定转速 额定功率因数额定励磁电压和额定励磁电流 额定温升3电磁设计的任务
15、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2.1 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
