12KW-4极变频调速同步电动机的电磁方案及控制系统的设计毕业设计.doc

12KW-4极变频调速同步电动机的电磁方案及控制系统的设计毕业设计 目录 摘要 I Abstract II 目录 III 绪论 1 第一章 同步电动机的基本结构与原理 2 1.1同步电动机的基本结构 2 1.2同步电动机的工作原理 2 1.3同步电动机的励磁方式 3 第二章 同步电动机的运行原理 5 2.1电枢反应 5 2.2同步电动机的功率和转矩平衡关系 7 2.3功角特性及功率调节 8 2.4同步电动机的起动 10 第三章 同步电动机的变频调速系统 12 3.2同步电动机调速系统的分类 14 3.3同步电动机直接转矩控制系统 15 3.3.1交流同步电机直接转矩控制的数学模型 15 3.3.2直接转矩控制的电压空间矢量 17 3.3.3定子磁链轨迹 18 3.3.4电磁转矩控制 19 3.3.5直接转矩控制系统 21 第四章 电机设计基本理论 24 4.1总体设计内容 24 4.2电磁设计 24 4.2.1 同步电动机的主要性能指标和额定数据 24 4.2.2 主要性能指标的计算及影响它们的因素 25 4.2.3 气隙对电机性能的影响 26 4.2.4 集肤效应.及其对转子参数的影响 27 4.3 结构设计 28 第五章 电磁设计方案计算 29 5.1数据对比 46 5.1.1材料用量计算结果及分析 46 5.1.2电机损耗和效率计算结果及分析 47 5.1.3电磁负荷计算结果及分析 47 5.1.4电机参数计算结果及分析 48 5.2结果分析 48 第六章 AUTO CAD 2006绘图 50 6.1定子冲片图 50 6.2画转子轴相图 51 6.3画绕线图 52 第七章 总结 54 参考文献（References） 56 致 谢 57  同步电动机是一种常用的交流电动机。与感应电动机相比，同步电动机的特点主要有两条，一是只要电源频率f不变，电动机的转速n就是恒定的，不随负载的大小而变化；二是可通过调节直流励磁电流来调节电动机的功率因数，可使电机的功率因数或具有超前的功率因数，这是同步电动机的一个十分可贵的特点。因此，同步电动机常用于工矿企业中要求恒转速运行的大、中型机械设备的驱动，以便改善电网的功率因数同步电动机与电力电子技术相结合构成同步电动机调速系统，使同步电动机的应用场合更为广泛，如舰船电力推进系统、大型轧钢系统等。 第一章 同步电动机的基本结构与原理 同步电动机由静止的定子和旋转的转子等部分组成。按结构不同，可分为隐极同步电机和凸极同步电机两大类。。 1.1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。其定子铁心和绕组结构与感应电动机相同，当同步电动机的转速较低时，极数也将较多，这时，由于定子圆周所能开出的槽数有限，定子绕组常采用分数槽绕组。 同步电动机转子由转子铁心、励磁绕组和转轴、滑环等构成。转子铁心和励磁绕组共同构成了主磁极，励磁绕组中通入直流励磁电流就产生了主极磁场。这种主磁极旋转的结构称为旋转磁极式结构。按照转子主磁极形状不同，同步电动机又可分为隐极式和凸极式两种转子行式。 隐极式转子为圆柱行，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较好，适合于高转速运行的电动机。 凸极式转子因有明显凸出的主磁极而得名。其气隙是不均匀的，磁极下面的气隙小，两磁极之间的气隙大。为了改善气隙磁场波形，磁极圆弧的圆心常与定子内圆偏心，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。励磁绕组为集中式绕组，套装在主磁极的极身上。为了获得起动转矩及改善动态性能，需要在凸极式转子主磁极的极靴表面开槽，以便装设笼型阻尼绕组。凸极式转子的机械强度较差，适合圆周速度较低、离心力较小的低转速电动机。为了给转子励磁绕组通以直流励磁电流，需要装设滑环和电刷，以便励磁绕组与外部直流励磁电源相连接。 1.2同步电动机的工作原理 同步电动机依靠转子主磁场与气隙合成磁场之间的磁拉力而工作的。同步电动机定子三相绕组接通三相电源后，定子绕组中就有三相电流流过，从而产生定子旋转磁动势和旋转磁场。旋转磁场切割转子笼型起动绕组，产生异步起动转矩使电动机起动。当转速升高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极之间的磁拉力比喻成转子主磁场与气隙合成磁场B之间由一组弹簧联系在一起。当电动机空载时，弹簧处于自由状态，未