75kw4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统的设计南昌大学电机电器原稿版.docx

题 目75kw-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统的设计一、毕业设计的主要内容和基本要求（一）主要内容1、 分析同步电动机的工作特性2、 阐述同步电动机的设计理论3、 设计与之相配的变频调速系统。4、5、1、技术要求：额定功率: 75KW 额定电压: 400V相 数：三相Y接法 额定功率因数：0.95（滞后）额定转速：1500r/min 额定频率：50Hz 效率：91.5% 定子槽满率：80 85% 2、原始数据： 定子外径 Dy=43Cm 定子内径 D=30Cm定子槽数 N=48 气隙长度 =0.12Cm3、参考数据:定子绕组电密：8 9A/mm2 气隙磁密：0.73 0.88T（4极） 4、设计要求：根据原始数据和参考数据设计一台符合技术要求的同步电动机，并给出三个方案，设计与之相配的变频调速系统。分析电机的材料利用率与效率的关系，掌握设计节能电机和节约材料电机的方法。二、毕业设计图纸内容及张数1、定子冲片图 1张2、转子冲片图 1张3、绕组联接图 1张三、毕业设计应完成的软硬件的名称、内容及主要技术指标（例如：软件、电路板、机电装置、新材料、新制剂、结构模型或其他）四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期实施地点1开题报告3.24 4.4实验室2同步电动机电磁设计4.7 5.16实验室3AUTOCAD 制图及外文翻译5.19 5.23实验室4撰写毕业论文5.26 6.6实验室5毕业答辩6.9 6.13教室五、主要参考资料六、毕业设计进度表（本表由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）第一、二周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见： 年 月 日第三、四周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：签名： 年 月 日第五、六周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：签名： 年 月 日第七、八周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：签名： 年 月 日第九、十周（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：签名： 年 月 日第十一周至毕业设计工作结束（ 月 日至 月 日）学生主要工作：指导教师审查意见：签名： 年 月 日七、其他（学生提交）1开题报告1份 2外文资料译文1份（2000字以上，并附资料原文） 3论文1份（8000字以上） 指 导 教 师： 学科组负责人： 学生开始执行 任务书日期： 学生姓名： 送交毕业设计日期： 毕业设计（论文）开题报告题 目 75kw-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统的设计学 院： 信息工程学院 系 电气工程及其自动化系 专 业： 电机电器及其控制 班 级： 电机电器06级2班 学 号： 6101106076 姓 名： 闫 永 佳 指导教师： 黄 劭 刚 填表日期： 2010 年 3 月 20 日一、选题的依据及意义二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）三、本课题研究内容四、本课题研究方案五、研究目标、主要特色及工作进度起讫日期工作内容备注第一周第三周论文的开题报告第四周第五周毕业实习第六周第九周复算电机的各种参数第十周第十二周上机设计三个优化方案第十二周第十三周用Autocad制图第十四周第十五周写毕业论文第十五周第十六周论文答辩六、参考文献南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：75kw-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统的设计75kw-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统的设计专 业 电气工程及其自动化 学 号 6101106076学生姓名 闫永佳 指导教师 黄劭刚目录摘要IAbstractII第一章 同步电机概论11.1同步电机的基本特点11.2同步电机的基本类型11.3同步电机的基本结构21.4同步电机主要用途41.5基本技术要求4第二章 同步电动机的工作特性72.1同步电动机的工作原理72.2凸极同步电动机工作特性及分析82.3同步电动机的功率平衡关系10第三章 电机设计基本方法113.1总体设计过程113.2电磁设计11第四章 电磁设计方案计算144.1设计要求144.2方案计算14第五章 电磁设计结果分析405.1复算程序405.2方案结果比较与分析405.3心得与总结42第六章 同步电动机变频调速系统设计436.1同步调速系统类型436.2变频调速系统的基本控制类型436.3同步电动机矢量控制系统44第七章 Auto CAD 2004绘图497.1Auto CAD简介497.2画定子冲片图497.3画转子冲片图507.4画绕组图51参考文献54总结55致谢561.1同步电机的基本特点1.2同步电机的基本类型1.3同步电机的基本结构1.4同步电机主要用途1.5基本技术要求2.1同步电动机的工作原理2.2凸极同步电动机工作特性及分析b）2.3同步电动机的功率平衡关系3.1总体设计过程3.2电磁设计4.1设计要求4.2方案计算方案一方案二方案三一、额定数据和技术要求1额定功率7575752相数3333额定线电压4004004004额定相电压230.94230.94230.945额定频率5050506极数4447额定效率0.9150.9150.9158额定功率因数0.9500.9500.9509额定相电流125.22125.22125.2210额定转速15001500150011额定转矩477.45477.45477.4512机座中心高（cm）25252513定子槽满率8085%80.1%14定子绕组电密79.5A/mm28.2115气隙磁密0.730.88T0.85二、定子冲片设计16定子外径43434317定子内径30303018定子槽数48484819电枢拼片条件（1）每圈扇形片数666（2）重叠数222（3）每片槽数888（4）扇形片高8.518.518.51（5）扇形片宽21.521.521.5（6）无轴流拼片条件66620每极每相槽数44421极距23.5523.5523.5522定子槽形(1) 0.320.320.32(2)0.90.90.9(3)0.10.10.1(4)0.150.150.15(5)1.251.251.25(6)R0.510.510.5123每槽有效面积为绝缘层厚度,E级取=0.027cm,为槽楔厚,取为0.2cm, =2r1.381.381.38（1）直径位置303030槽节距1.9631.9631.963槽宽0.320.320.32齿 宽1.6431.6431.643（2）直径位置30.530.530.5槽节距1.9951.9951.995槽宽0.90.90.9齿 宽1.0951.0951.095（3）直径位置333333槽节距2.1592.1592.159槽宽1.021.021.02齿 宽1.1391.1391.13925定子齿距1.9631.9631.96325平均齿宽=1/3bz2,bz3中之大者+2（bz2,bz3之最小者）1.1101.1101.11027电枢卡氏系数其中：槽节距1.0731.0731.073三、转子冲片设计28气隙长度=0.120.120.1229最大气隙0.1450.1450.14530转子外径29.7629.7629.7631磁轭外径17171732转子(磁轭)内径88833磁极宽度999磁极尺寸计算（1）0.20.20.2（2）2.5692.5692.569（3）3.8113.8113.811（4）1.7791.7791.779（5）16.01816.01816.018（6）31.97331.97331.973（7）5.15.15.1（8）33.06233.06233.062（9）6.0846.0846.084（10）23.37823.37823.378（11）8.3518.3518.35135磁极压板厚0.40.40.436磁极压板宽8.28.28.237气隙极距比值0.0050.0050.00538气隙比值1.2081.2081.20839极抱百分值0.7250.7250.72540磁极抱角32.62532.62532.62541等效极弧系数（查曲线1及2）用公式计算见附录一0.6440.6440.64442波形系数 （查曲线1及2）或用基波幅值系数，用公式计算见附录一1.1281.1281.12843磁极偏心距偏心半径：=14.6340.2460.2460.246四、电枢绕组和铁心长度计算44绕组并联支路数22245估算每槽导体所占面积1.1041.1041.10446选择每槽导体数注意：选偶数10111047电枢绕组节距单层匝数=101110双层匝数= 55548每相串联导体数 (q=2,3,4或5)80848049 线负荷319.032334.983319.03250估算每根导体的截面积0.0870.0790.08751每根导线并 绕根数n33352电枢线规裸径/绝缘径 /0.9380.9520.938截面积 0.02540.02540.025453电枢绕组电密 821.654821.654821.65454每槽导线所 占面积1.1061.1791.10655槽满率0.8010.850.80156绕组系数Kdp0.9250.9280.92557定子斜槽因数（一般，可不计算）11185008500880058每极磁通27666612625935276666159电机铁芯长度 21.46220.3720.7360电枢铁心长21.46220.3720.7361磁极铁心长22.46221.3721.7362磁极铁心净长 21.33820.30120.64363铁心有效长21.46220.3720.7364铁心纯长20.38819.35119.69365电枢绕组尺寸(1) (y以槽数计)22.84722.84722.84718.69318.69318.69314.53914.53914.539(2)14.45114.45114.45111.82311.82311.8239.1969.1969.196(3)5.5795.5795.5794.5654.5654.5653.5513.5513.551(4)26.22826.22826.22821.45921.45921.45916.69116.69116.691(5) bc取1.5cm24.46223.3723.7366每相电枢绕组长3769.0553880.1173710.52467电枢绕组每相电阻 （欧）(1)在75时 (欧)0.0540.0550.053(2)在20时 (欧)0.0440.0460.04468电枢绕组铜重 (千克)15.33715.78915.09869电枢绕组铜毛重 (千克)16.10316.57815.853五、磁路计算70气隙磁密 85008500880071气隙安匝875.481875.481906.3872电枢齿磁密 15800-1660015823.06815823.06816381.5373电枢齿磁场强度， 根据查表133.133.149.3674电枢齿计算高度1.571.571.5775电枢齿安匝数51.96751.96777.49576电枢轭高度4.494.494.4977电枢轭计算高度4.664.664.6678电枢轭磁密 1456014560150741.0871.0871.08779电枢轭磁路长（拼片定子）16.87816.87816.87880电枢轭磁通分布系 数 根据查表40.3530.3530.32981电枢轭磁场强度 根据查表1161620.8782电枢轭安匝数95.32495.324115.88583电枢齿轭及气隙安 匝和1022.7721022.7721099.76084极掌漏磁常数45.95644.32844.86585极身漏磁常数 为压板厚47.64845.91446.48686磁极漏磁常数102.96599.267100.48687每极漏磁通105309.329101527.33110510.7888磁极磁通28719702727463287717289漏磁系数 P 2 4 6 时 1.041.041.041.0490磁极极身截面 =0.95 （1m/m钢片）198.606189.272192.35091磁极 极身磁密 140001560014460.65014410.24914957.97592磁极极身磁场强度，根据查表217.28517.0520.0693磁极极身安匝88.15486.956102.30794磁轭高度4.54.54.595转子磁轭路长4.9064.9064.90696转子磁轭长度22.46221.3721.7397转子磁轭磁密 14206.87414181.24514711.81498转子磁轭磁场强度，根据 查表322.322.1626.2999转子磁轭安匝数109.409108.723128.985100残隙长度0.00870.00870.0087101残隙处截面202.154192.329195.569102残隙磁密14206.87414181.24514711.814103残隙安匝数99.43498.841102.681104每极空载的磁安匝数1319.7691317.2911433.733六、参数计算105电枢槽单位漏比磁导 从曲线3查出的计算公式见附录二1.1581.1581.158106槽面积1.6081.6081.6081071.0931.0931.0931080.8070.8070.807109互感漏磁导0.7610.7610.761110.电枢槽漏磁比磁导1.2581.3621.258111.电枢绕组等效节距0.8330.8410.833112电枢绕组端接漏磁比磁导1.8862.0211.953113曲折比漏磁导1.1051.1121.105114相带漏磁比磁导（1）q=整数 （，无阻尼笼）根据y从曲线5查出，或用公式计算见附录三（2）q=分数 0.04960.04990.0496115每相电阻标幺值0.0290.0300.029116每相定子漏抗0.1460.1610.143117每相漏磁电抗标么值0.0790.0870.078118空载额定电压时的气隙与残隙磁势和974.914974.3221009.061119每相电枢反应磁势3127.3873294.9853127.387120直轴电构反应常数 查曲线40.820.820.82121横轴电枢反应常数查曲线40.470.470.47122直轴电枢反应磁势2564.4572701.8882564.457123横轴电枢反应磁势1469.8721548.6431469.872124直轴电枢反应电抗标么值2.6302.7732.541125横轴电枢反应电抗标么值1.5081.5891.457126直轴同步电抗标么值2.7092.8612.619127横轴同步电抗标么值1.5871.6771.534七、短路比128电枢电抗压降磁势77.05485.18978.227129短路磁势2641.5112787.0772642.684130饱和短路比 0.50.4730.543131不饱和短路比0.3690.350.382132额定电压时感应电势标么值1.0521.0561.0510.0660.0740.0651.0541.0581.053133.对应于 的空载磁势将 及各部磁密 ， 均乘以C倍，并计算， 求得各部分的H及F，得对应于的空载磁势（1）2917142.52779106.82914431.2（2）8962.3248995.8079270.017923.099926.548954.791（3）16683.70216746.03117256.485 根据查表159.862.283.193.88697.654130.467(4)15351.75115409.10315878.805 根据查表124.425.1734.6411.811424.807583.962(5)1428.7961449.0081669.219(6)147115.47143838.49167733.63(7)30642582922945.33082164.8(8)15428.83815443.05916023.703 根据查表229.329.4840.5149.431150.349206.551(9)15158.07115197.64215760 根据查表330.53137.78149.641152.094185.358(10)15158.07115197.64215760.004106.091105.925109.9962017.3542043.1142388.238134满载励磁磁势-2690.89-2844.91-2712.362959.0113031.1173348.4393999.5834157.0634309.172八、励磁绕组135励磁绕组线规（1）圆线 （2）扁线 （安） 5 10 20线规 1.30 0.02540.02540.0254136励磁绕组电密初值 2 4 6 450500；500600（隐极）470498472137满载励磁电流初值11.93812.64911.989138励磁绕组每极匝数 取接近的整数336330360139满载励磁电流11.90412.59711.970140励磁绕组电密468.643495.951471.257141空载时的励磁电流3.1423.1933.186142空载额定电压时的励磁电流3.9283.9923.983143短路额定电流时的励磁电流7.8628.4467.341144.励磁绕组排列先按比例作图，确定层数及各层匝数(1) 绕组高度圆线：=沿高度方向导体数扁线：=没度度方向导体数4.2344.3664.032(2) 绕组厚度圆线： =沿高度方向导体数扁线： =没度度方向导体数3.0722.8353.456(3)几何中心距（其中，）1.5361.4181.728145励磁绕组平均匝长74.36771.44074.110 =0.223.06221.97022.3309.69.69.6 =0.250.350.350.35146励磁绕组电阻（1）时 8.5398.0569.117（2）时 7.0366.6387.513（3）时 9.7779.22510.439147励磁绕组铜净重（千克）22.59521.31824.125148励磁绕组铜毛重（千克）23.83122.38325.331149额定励磁电压122.831122.643131.835九、短路电流，过载能力及暂态电抗150空载时稳定短路电流倍数0.3690.3500.382151额定负载时稳定短路电流倍数1.5141.4921.631152额定负载时励磁磁势与气隙，残阳磁势和的比值4.1024.2674.2701530.4340.4650.166154考虑磁路饮和时过载能力修正系数KK对应于查曲线61.081.081.02155过载能力标么值1.7211.6961.751156励磁绕组漏磁导0.6550.6630.661157励磁绕组漏抗标么值0.1910.2020.185158励磁绕组总电抗标么值2.8212.9752.727159瞬变直轴电抗标幺值0.2570.2760.250160瞬变横轴电抗标幺值1.5871.6771.534十、额定负载时的损耗及效率161冲击短路电流倍数标幺值7.3566.8487.559162额定负载时的电枢磁密16683.70216746.03117256.485163电枢齿单位铁耗(瓦/千克) 对硅钢片（瓦/千克）5.8455.8896.254164电枢齿铁重千克12.70612.06012.273165电枢齿部铁耗（瓦）当100千伏安 取当千伏安 取148.545142.045153.502166额定负载时电枢轭部磁密15351.75115409.10315878.805167电枢轭部单位铁耗(瓦/千克)4.9494.9865.295168电枢轭部铁重千克 其中 89.21784.67986.175169电枢轭部铁耗（瓦）当100千伏安 取当千伏安 取662.327633.344684.429170电枢槽口气隙比值2.6672.6672.667171磁极表面磁密脉动系数，对应于查曲线70.20.20.20.20.20.2172磁极表面气隙磁密脉动幅值1923.1231930.3071989.147173磁极单位表面铁耗（瓦/厘米）用1mm钢片时，取槽节距 0.000550.000550.00059174磁极极掌表面铁耗0.8440.8090.874175总铁耗811.717776.198838.806176电枢绕组铜耗2524.5032598.8922485.229177励磁损耗1217.0631286.0101313.489178转子圆周速度（米/秒）23.5523.5523.55179机械损耗710.044692.575698.384180附加损耗 以千伏安为单位375375375181总损耗5.6385.7295.711182效率93%92.9%92.92%十一、主要材料重量183.铜线总重37.93137.10639.223184.硅钢片重118.472112.446114.433185.磁极钢片重50.23047.78948.5945.1复算程序5.2方案结果比较与分析单位（cm、kg）方案一方案二方案三每槽导体数101110气隙磁密850085008800励磁绕组电密468.643495.951471.257电枢铁心长21.46220.3720.73电枢绕组铜重15.33715.78915.098电枢齿铁重12.70612.06012.273电枢轭部铁重89.21784.67986.175励磁绕组铜净重22.59521.31824.125铜线总重37.93137.10639.223硅钢片重118.472112.446114.433磁极钢片重50.23047.78948.594单位：（w/kg）方案一方案二方案三气隙磁密850085008800每槽导体数101110电枢齿部铁耗148.545142.045153.502电枢轭部铁耗662.327633.344684.429磁极极掌表面铁耗0.8440.8090.874总铁耗811.717776.198838.806电枢绕组铜耗2524.5032598.8922485.229励磁损耗1217.0631286.0101313.489附加损耗375375375机械损耗710.044692.575698.384总损耗（kw）5.6385.7295.711效率93%92.9%92.92%15823.06815823.06816381.531456014560150748500850088001923.1231930.3071989.147319.032334.983319.032468.6434