哈爾濱理工大學同步電機論文模板

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2、論文。（請在完成論文后，打印論文前，刪除本頁內(nèi)容！ ） 單擊此處輸入中文論文題目 摘要同步電機有旋轉式和旋轉電樞式兩種結構形式。由于旋轉磁極式具有 轉子重量小、制造工藝較簡單、通過電刷滑環(huán)的電流較小等優(yōu)點，大中容 量的同步電機多采用旋轉磁極式結構。根據(jù)轉子形狀的不同。旋轉磁極式 又可分為凸極式和隱極式兩種，凸極式多用于要求低轉速場合，其轉子粗 而短，氣隙不均勻。隱極式多用于要求高轉速的場合，其轉子細而長，氣 隙均勻。同步電機和其他旋轉電機一樣，由定子和轉子兩部分組成。旋轉磁極 式同步電機的定子主要由機座、鐵心和定子繞組構成。轉子主要由轉軸、 滑環(huán)、鐵心和轉子繞組構成。為兼導磁性能和機械強度的要

3、求，轉子鐵心 常采用高強度合金鋼制造而成。轉子鐵心上裝有勵磁繞組，其兩個出線端 和兩個滑環(huán)分別相接。為便于啟動，凸極式轉子磁極的表面裝有黃銅制成 的導條，再磁極的兩個端面分別用一個銅環(huán)將導條連接起來構成一個不完 全的籠形啟動繞組。本文首先介紹了同步電機的調速方法，并簡述了同步電機的基本工作 原理。同時講解了同步電機的兩種結構形式的區(qū)別和同步電機的調速方 法，能更好的了解到同步電機的調速方法。關鍵詞 高壓同步電機；高壓變頻器；速度和開環(huán)控制；Click here and input title in EnglishAbstractClick here and input abstract in

4、EnglishKeywords Click here and input keywords in English目錄摘要IAbstractII第1章緒論1.1.1課題背景1.1.2電機調速發(fā)展現(xiàn)狀1.第2章單擊此處輸入標題 4.2.1本章小結4.第3章單擊此處輸入標題 6.3.1本章小結6.結論7.致謝8.參考文獻9.附錄.10第1章緒論1.1課題背景電動機是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈（也就 是定子繞組）產(chǎn)生旋轉磁場并作用于轉子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力 旋轉扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系 統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異

5、步電機（電機 定子磁場轉速和轉子旋轉轉速不保持同步速）。電動機主要由定子和轉子 組成，通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方 向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉 動。同步電機具有功耗小、力矩大、噪聲低、體積小、重量輕、使用方便 的特點。在額定頻率下電機轉速不受電壓影響，保持穩(wěn)定不變。同步電機和感應電機一樣是一種常用的交流電機。特點是；穩(wěn)態(tài)運行 時，轉子的轉速和電網(wǎng)的頻率之間有不便的關心n=n s=60f/p ,ns稱為同步轉速若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉速恒為常數(shù)而和負載的大小 無關。同步電機分為同步電機和同步電動機。現(xiàn)在發(fā)電廠中的交流機

6、以同 步電機為主。1.2電機調速發(fā)展現(xiàn)狀電機調速系統(tǒng)的發(fā)展實際上是依賴于微電子學、電力電子技術、計算 機控制、現(xiàn)代控制理論和逆變技術的發(fā)展以及交流電動機制造技術的發(fā)展 的。永磁同步電機因為其控制簡單，特別是具備十分優(yōu)良的低速性能，因 此在工業(yè)生產(chǎn)自動化領域中的使用將越來越廣泛，已成為低速伺服系統(tǒng)的 主流。永磁同步電機因為其控制簡單，特別是具備十分優(yōu)良的低速性能， 因此在工業(yè)生產(chǎn)自動化領域中的使用將越來越廣泛，已成為低速伺服系統(tǒng) 的，價格低廉，體積小（和同容量的直流電機相比），并且堅固耐用，具有 轉動慣量小，運行可靠，維護簡單等優(yōu)點，是工業(yè)領域中廣泛使用的一種 電氣設備。永磁同步電機因為其控制簡

7、單，特別是具備十分優(yōu)良的低速性 能，因此在工業(yè)生產(chǎn)自動化領域中的使用將越來越廣泛，已成為低速伺服 系統(tǒng)的，價格低廉，體積小（和同容量的直流電機相比），并且堅固耐用， 具有轉動慣量小，運行可靠，維護簡單等優(yōu)點，是工業(yè)領域中廣泛使用的一種電氣設備。 變頻調速電機系統(tǒng)隨著電力電子技術的發(fā)展而快速發(fā)展，其使用領域不斷 擴展。國際上已形成一定規(guī)模的使用產(chǎn)業(yè)，我國也正在把它作為電機行業(yè) 新的生長點，目前其發(fā)展趨勢主要向兩方面發(fā)展：一種是挖掘傳統(tǒng)電機的 潛力，使之和電力電子變頻器形成最優(yōu)組合，一種是研究新的交流電機結 構和運行方式，而開發(fā)出高性能的交流變頻調速系統(tǒng)。早在二十世紀80年代，已成功引入矢量控制的

8、理論，針對交流電機具有多變量、強耦合、非 線性的特點，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機變頻調 速的控制策略。進入 90年代，隨著高性能單片機和數(shù)字信號處理器的使 用，國內(nèi)學者緊跟國外最新控制策略，針對交流異步電動機特點，采用高 次諧波注入SPW和空間磁通矢量PWI等方法，控制算法采用模糊控制、神 經(jīng)網(wǎng)絡理論對異步電動機轉子電阻、磁鏈和轉矩進行在線觀測，在實現(xiàn)無 速度傳感器交流變頻調速系統(tǒng)的研究上作了大量有益的基礎研究。為此我 國更應該加強同步電機調速及相關領域的科研和發(fā)展力度。1.3 國內(nèi)外頻調速現(xiàn)狀1.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀 變頻調速電機系統(tǒng)隨著電力電子技術的發(fā)展而快速發(fā)展，其使用領

9、域 不斷擴展。國際上已形成一定規(guī)模的使用產(chǎn)業(yè)，我國也正在把它作為電機 行業(yè)新的生長點，目前其發(fā)展趨勢主要向兩方面發(fā)展：一種是挖掘傳統(tǒng)電 機的潛力，使之和電力電子變頻器形成最優(yōu)組合，一種是研究新的交流電 機結構和運行方式，而開發(fā)出高性能的交流變頻調速系統(tǒng)。早在二十世紀 80年代，已成功引入矢量控制的理論，針對交流電機具有多變量、強耦 合、非線性的特點，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機 變頻調速的控制策略。進入 90年代，隨著高性能單片機和數(shù)字信號處理器 的使用，國內(nèi)學者緊跟國外最新控制策略，針對交流異步電動機特點，采 用高次諧波注入SPWM空間磁通矢量PWI等方法，控制算法采用模糊

10、制、 神經(jīng)網(wǎng)絡理論對異步電動機轉子電阻、磁鏈和轉矩進行在線觀測，在實現(xiàn) 無速度傳感器交流變頻調速系統(tǒng)的研究上作了大量有益的基礎研究。為此 我國更應該加強同步電機調速及相關領域的科研和發(fā)展力度。國外現(xiàn)狀 電力電子、電機及控制技術的一體化。國外主要電機生產(chǎn)公司早已迅 速擺脫了單一電機生產(chǎn)制造模式，而大大擴展了電機的外延和內(nèi)涵，以成 套機電產(chǎn)品形式走向市場。集成化和智能化。電機的高新技術附加含量愈來愈高。電機機體內(nèi)不 僅僅包含原來電機定、轉子，而且內(nèi)含電力電子元器件及各種控制線路， 使得電力電子一電機一控制不僅在運行上形成一體，在外觀上亦融為一體，具有相當高的“智能”，稱之為“ smart moto

11、r ” （ 智能電機 ） ?？刂评碚摵臀㈦娮蛹夹g的發(fā)展。 W控制、矢量控制、直接轉矩控、模 糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基 礎，16位、32位高速微處理器以及數(shù)字信號處理器（DSP）和專用集成電路 （ASIC）技術的快速發(fā)展，為實現(xiàn)變頻器高精度、快響應、多功能提供了硬 件手段。美日歐等發(fā)達國家的電機拖動行業(yè)正以強勁勢頭向前發(fā)展。正如 美國著名教授T. ALIPO（前IEEE IAS , PES, PE分會主席）說過：“未來十 年將是電機工程領域發(fā)展的黃金十年。1.4 課題研究的主要工作同步電機，和感應電機一樣是一種常用的交流電機。特點是：穩(wěn)態(tài)運 行時，轉子的轉速

12、和電網(wǎng)頻率之間有不變的關系 n=ns=60f/p， ns 稱為同步 轉速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉速恒為常數(shù)而和負載的 大小無關。同步電機分為同步發(fā)電機和同步電動機?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流 機以同步電機為主。同步電機變頻調速按控制方式可分為自控式和他控式兩種。 他控式；裝置和電機是獨立的。變頻裝置的輸出頻率由轉速給定決 定，由于同步關系，這時系統(tǒng)一般為開環(huán)，所依據(jù)的原理是 VVVF ?？刂?簡單，但存在轉子振蕩和失步問題。自控式；變頻裝置和電機非獨立，變頻裝置的輸出頻率是依據(jù)電動機 軸上所帶的轉子位置決定。組成電源頻率自動跟蹤轉子位置的閉環(huán)系統(tǒng)。 它是由同步電動機逆變單元，轉子位置檢

13、測器和控制單元構成。由于同步 電機供電頻率受轉子位置的控制即電子磁場轉速和轉子轉速相等，始終保 持同步，因此不會出現(xiàn)轉子振蕩和失步的隱患。同步電機和普通異步電機運行商主要區(qū)別是同步電機在運行時，電樞 電壓矢量和轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導致系 統(tǒng)失步。因此同步電機變頻調速時必須時刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi) 變動，這一點就是同步電機變頻和異步電機變頻的主要區(qū)別。這次課題研究的主要工作分 5 步1. 查看有關同步電機變頻調速的資料。2. 了解同步電機變頻調速的工作原理。3. 掌握同步電機變頻調速的繪圖方法。4. 專題討論同步電機變頻調速的設計特點。5. 設計工作總結，撰寫畢

14、業(yè)論文2.1 本章小結對于永磁同步電機調速系統(tǒng)來說，常用的制動方式有能耗制動、反接 制動和再生制動三種方式。其中能耗制動和反接制動是依靠在主回路中串 接能耗電阻，實現(xiàn)制動的。再生制動是通過改變逆變器開關順序來實現(xiàn) 的。單從電機制動效果來看，顯然反接制動的效果最好，制動時間最短。 但是較大的制動電流對系統(tǒng)不利，因此很少采用。再生制動的實質是電機的反電勢高于電機的外加電壓。因而電機反電 勢低于直流側電壓時，這種制動將失效。該種制動方式通常使用于驅動系 統(tǒng)頻繁起動停止的場合，這樣可以提高能源利用率，但是該制動方式容易 產(chǎn)生所謂的泵生電壓，容易損壞主回路開關元件，并且如果沒有合適的能 量回收裝置，所能

15、回收能量也是極其有限的。因此，在非頻繁開啟場合，能耗制動依然是驅動系統(tǒng)主流制動方式， 這里也可以從國外廠家生產(chǎn) IPM 通常給出能耗制動電阻輸出端口可以看 出。合理選用制動電阻將對驅動系統(tǒng)制動作用有很大的影響，如何快速制 動而又不對電機及主回路產(chǎn)生較大的沖擊電流，這是本文論及以及解決的 主要問題。能耗制動，從電機能量流動控制角度來看，屬于不可控發(fā)電制動方 式。正常工況下，永磁同步電機驅動系統(tǒng)其最高轉速可以達到電機基速的3 倍甚至更高些，也就是說其運行在電機的弱磁區(qū)中。因此如果在較高轉 速下，切斷主回路，開關 7 進入導通狀態(tài)，此時電機產(chǎn)生高于直流母線電 壓的反電勢，主回路開關管中的續(xù)流管工作在

16、不可控狀態(tài)，整個系統(tǒng)進入 一種所謂的不可控發(fā)電狀態(tài)，此時系統(tǒng)成為一不可控整流橋發(fā)電機組成 制動系統(tǒng)。同步電機，和感應電機一樣是一種常用的交流電機。特點是：穩(wěn)態(tài)運 行時，轉子的轉速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關系n=ns=60f/p， ns 稱為同步轉速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉速恒為常數(shù)而和負載的 大小無關。同步電機分為同步發(fā)電機和同步電動機?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流 機以同步電機為主。同步電機變頻調速按控制方式可分為自控式和他控式兩種。 他控式；裝置和電機是獨立的。變頻裝置的輸出頻率由轉速給定決 定，由于同步關系，這時系統(tǒng)一般為開環(huán)，所依據(jù)的原理是 VVVF ?？刂?簡單，但存在轉子振蕩和

17、失步問題。自控式；變頻裝置和電機非獨立，變頻裝置的輸出頻率是依據(jù)電動機 軸上所帶的轉子位置決定。組成電源頻率自動跟蹤轉子位置的閉環(huán)系統(tǒng)。 它是由同步電動機逆變單元，轉子位置檢測器和控制單元構成。由于同步 電機供電頻率受轉子位置的控制即電子磁場轉速和轉子轉速相等，始終保 持同步，因此不會出現(xiàn)轉子振蕩和失步的隱患。同步電機和普通異步電機運行商主要區(qū)別是同步電機在運行時，電樞 電壓矢量和轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導致系 統(tǒng)失步。因此同步電機變頻調速時必須時刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi) 變動，這一點就是同步電機變頻和異步電機變頻的主要區(qū)別。同步電動機工作時，定子的三相繞組中通入三

18、相對稱電流，轉子的勵磁繞組通 入直流電流。在定子三相對稱繞組中通入三相交變電流時，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉磁 場。在轉子勵磁繞組中通入直流電流時，將產(chǎn)生極性恒定的靜止磁場。若轉子磁場 的磁極對數(shù)和定子磁場的磁極對數(shù)相等，轉子磁場因受定子磁場磁拉力作用而隨定 子旋轉磁場同步旋轉，即轉子以等同于旋轉磁場的速度、方向旋轉，這就是同步電 動機的基本工作原理。定子旋轉磁場和轉子的速度為，稱為同步轉速。它的大小只 決定于電源頻率 的大小和定、轉子的極對數(shù)p ，不會因負載變化而改變。定子旋轉磁場或轉子的旋轉方向決定于通入定子繞組的三相電流相序，改變其相序即可改變 同步電動機的旋轉方向。常用的同步電動機啟動方法為輔助電動機啟動法、異步啟動法、變頻啟動法。 啟動時，先將同步電動機加速到接近同步轉速，然后再通入勵磁電流，依靠同步電 機定、轉子磁場的磁拉力而產(chǎn)生電磁轉矩，把轉子牽入同步。同步電動機啟動分兩 個階段：異步啟動和牽入同步。采用以上兩種啟動方法啟動時，轉子繞組不能直接 短接、也不能開路，應串接一定阻值（通常為轉子繞組電阻值的510倍）的電阻后可靠閉合，以防止啟動失敗或損壞轉子繞組的絕緣。采用變頻啟動法可以實現(xiàn)平 滑起動，變頻啟動法的使用越來越廣泛。啟動時，先在轉子繞組中通入直流勵磁電 流，借助變頻器逐步升高加在定子上的電源頻率，使轉子磁極在開始啟動時就和旋 轉磁場建立起穩(wěn)定