哈尔滨理工大学同步电机论文模板.doc

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IV -第1章 绪论1.1 课题背景电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。同步电机具有功耗小、力矩大、噪声低、体积小、重量轻、使用方便的特点。在额定频率下电机转速不受电压影响，保持稳定不变。同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是；稳态运行时，转子的转速和电网的频率之间有不便的关心n=ns=60f/p,ns称为同步转速若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步电机和同步电动机。现在发电厂中的交流机以同步电机为主。1.2 电机调速发展现状电机调速系统的发展实际上是依赖于微电子学、电力电子技术、计算机控制、现代控制理论和逆变技术的发展以及交流电动机制造技术的发展的。永磁同步电机因为其控制简单，特别是具备十分优良的低速性能，因此在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，已成为低速伺服系统的主流。永磁同步电机因为其控制简单，特别是具备十分优良的低速性能，因此在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，已成为低速伺服系统的，价格低廉，体积小(与同容量的直流电机相比)，并且坚固耐用，具有转动惯量小，运行可靠，维护简单等优点，是工业领域中广泛使用的一种电气设备。永磁同步电机因为其控制简单，特别是具备十分优良的低速性能，因此在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，已成为低速伺服系统的，价格低廉，体积小(与同容量的直流电机相比)，并且坚固耐用，具有转动惯量小，运行可靠，维护简单等优点，是工业领域中广泛使用的一种电气设备。变频调速电机系统随着电力电子技术的发展而快速发展，其应用领域不断扩展。国际上已形成一定规模的应用产业，我国也正在把它作为电机行业新的生长点，目前其发展趋势主要向两方面发展：一种是挖掘传统电机的潜力，使之与电力电子变频器形成最优组合，一种是研究新的交流电机结构和运行方式，而开发出高性能的交流变频调速系统。早在二十世纪80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的控制策略。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流异步电动机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间磁通矢量PWM等方法，控制算法采用模糊控制、神经网络理论对异步电动机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量有益的基础研究。为此我国更应该加强同步电机调速及相关领域的科研与发展力度。1.3 国内外频调速现状1.3.1国内现状变频调速电机系统随着电力电子技术的发展而快速发展，其应用领域不断扩展。国际上已形成一定规模的应用产业，我国也正在把它作为电机行业新的生长点，目前其发展趋势主要向两方面发展：一种是挖掘传统电机的潜力，使之与电力电子变频器形成最优组合，一种是研究新的交流电机结构和运行方式，而开发出高性能的交流变频调速系统。早在二十世纪80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的控制策略。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流异步电动机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间磁通矢量PWM等方法，控制算法采用模糊制、神经网络理论对异步电动机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量有益的基础研究。为此我国更应该加强同步电机调速及相关领域的科研与发展力度。1.3.2国外现状电力电子、电机及控制技术的一体化。国外主要电机生产公司早已迅速摆脱了单一电机生产制造模式，而大大扩展了电机的外延和内涵，以成套机电产品形式走向市场。集成化和智能化。电机的高新技术附加含量愈来愈高。电机机体内不仅仅包含原来电机定、转子，而且内含电力电子元器件及各种控制线路，使得电力电子一电机一控制不仅在运行上形成一体，在外观上亦融为一体，具有相当高的“智能”，称之为“smart motor”(智能电机)。控制理论和微电子技术的发展。WM控制、矢量控制、直接转矩控、模糊控制、神经网络控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础，16位、32位高速微处理器以及数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、快响应、多功能提供了硬件手段。美日欧等发达国家的电机拖动行业正以强劲势头向前发展。正如美国著名教授TALIPO(前IEEE IAS，PES，PE分会主席)说过：“未来十年将是电机工程领域发展的黄金十年。1.4 课题研究的主要工作同步电机，和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。同步电机变频调速按控制方式可分为自控式和他控式两种。他控式；装置与电机是独立的。变频装置的输出频率由转速给定决定，由于同步关系，这时系统一般为开环，所依据的原理是VVVF。控制简单，但存在转子振荡和失步问题。自控式；变频装置与电机非独立，变频装置的输出频率是依据电动机轴上所带的转子位置决定。组成电源频率自动跟踪转子位置的闭环系统。它是由同步电动机逆变单元，转子位置检测器和控制单元构成。由于同步电机供电频率受转子位置的控制即电子磁场转速与转子转速相等，始终保持同步，因此不会出现转子振荡和失步的隐患。 同步电机与普通异步电机运行商主要区别是同步电机在运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步。因此同步电机变频调速时必须时刻控制这一夹角在允许的范围内变动，这一点就是同步电机变频和异步电机变频的主要区别。这次课题研究的主要工作分5步1.查看有关同步电机变频调速的资料。2.了解同步电机变频调速的工作原理。3.掌握同步电机变频调速的绘图方法。4.专题讨论同步电机变频调速的设计特点。5.设计工作总结，撰写毕业论文第2章2.1 本章小结对于永磁同步电机调速系统来说，常用的制动方式有能耗制动、反接制动和再生制动三种方式。其中能耗制动和反接制动是依靠在主回路中串接能耗电阻，实现制动的。再生制动是通过改变逆变器开关顺序来实现的。单从电机制动效果来看，显然反接制动的效果最好，制动时间最短。但是较大的制动电流对系统不利，因此很少采用。再生制动的实质是电机的反电势高于电机的外加电压。因而电机反电势低于直流侧电压时，这种制动将失效。该种制动方式通常应用于驱动系统频繁起动停止的场合，这样可以提高能源利用率，但是该制动方式容易产生所谓的泵生电压，容易损坏主回路开关元件，并且如果没有合适的能量回收装置，所能回收能量也是极其有限的。因此，在非频繁开启场合，能耗制动依然是驱动系统主流制动方式，这里也可以从国外厂家生产IPM通常给出能耗制动电阻输出端口可以看出。合理选用制动电阻将对驱动系统制动作用有很大的影响，如何快速制动而又不对电机及主回路产生较大的冲击电流，这是本文论及以及解决的主要问题。能耗制动，从电机能量流动控制角度来看，属于不可控发电制动方式。 正常工况下，永磁同步电机驱动系统其最高转速可以达到电机基速的3倍甚至更高些，也就是说其运行在电机的弱磁区中。因此如果在较高转速下，切断主回路，开关7进入导通状态，此时电机产生高于直流母线电压的反电势，主回路开关管中的续流管工作在不可控状态，整个系统进入一种所谓的不可控发电状态，此时系统成为一不可控整流桥发电机组成制动系统。同步电机，和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。同步电机变频调速按控制方式可分为自控式和他控式两种。他控式；装置与电机是独立的。变频装置的输出频率由转速给定决定，由于同步关系，这时系统一般为开环，所依据的原理是VVVF。控制简单，但存在转子振荡和失步问题。自控式；变频装置与电机非独立，变频装置的输出频率是依据电动机轴上所带的转子位置决定。组成电源频率自动跟踪转子位置的闭环系统。它是由同步电动机逆变单元，转子位置检测器和控制单元构成。由于同步电机供电频率受转子位置的控制即电子磁场转速与转子转速相等，始终保持同步，因此不会出现转子振荡和失步的隐患。同步电机与普通异步电机运行商主要区别是同步电机在运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步。因此同步电机变频调速时必须时刻控制这一夹角在允许的范围内变动，这一点就是同步电机变频和异步电机变频的主要区别。同步电动机工作时，定子的三相绕组中通入三相对称电流，转子的励磁绕组通入直流电流。在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。在转子励磁绕组中通入直流电流时，将产生极性恒定的静止磁场。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。定子旋转磁场与转子的速度为，称为同步转速。它的大小只决定于电源频率 的大小和定、转子的极对数p，不会因负载变化而改变。定子旋转磁场或转子的旋转方向决定于通入定子绕组的三相电流相序，改变其相序即可改变同步电动机的旋转方向。 常用的同步电动机启动方法为辅助电动机启动法、异步启动法、变频启动法。启动时，先将同步电动机加速到接近同步转速，然后再通入励磁电流，依靠同步电机定、转子磁场的磁拉力而产生电磁转矩，把转子牵入同步。同步电动机启动分两个阶段：异步启动和牵入同步。采用以上两种启动方法启动时，转子绕组不能直接短接、也不能开路，应串接一定阻值（通常为转子绕组电阻值的510倍）的电阻后可靠闭合，以防止启动失败或损坏转子绕组的绝缘。采用变频启动法可以实现平滑起动，变频启动法的应用越来越广泛。启动时，先在转子绕组中通入直流励磁电流，借助变频器逐步升高加在定子上的电源频率，使转子磁极在开始启动时就与旋转磁场建立起稳定的磁拉力而同步旋转并在启动过程中同步增速，一直增速到额定转速