【文章內容簡介】 ................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 第一章 同步電機概論 ..................................................................................................1 同步電機的基本特點 .......................................................................................1 同步電機的基本類型 .......................................................................................1 同步電機的基本結構 .......................................................................................2 同步電機主要用途 ...........................................................................................4 基本技術要求 ...................................................................................................4 第二章 同步電動機的工作特性 ..................................................................................7 同步電動機的工作原理 ...................................................................................7 凸極同步電動機工作特性及 分析 ...................................................................8 同步電動機的功率平衡關系 .........................................................................10 第三章 電機設計基本方法 ........................................................................................ 11 總體設計過程 ................................................................................................. 11 電磁設計 ......................................................................................................... 11 第四章 電磁設計方案計算 ........................................................................................14 設計要求 .........................................................................................................14 方案計算 .........................................................................................................14 第五章 電磁設計結果分析 ........................................................................................40 復算程序 .........................................................................................................40 方案結果比較與分析 .....................................................................................40 心得與總結 .....................................................................................................42 第六章 同步電動機變頻調速系統(tǒng)設計 ....................................................................43 同步調速系統(tǒng)類型 .........................................................................................43 變頻調速系統(tǒng)的基本控制類型 .....................................................................43 同步電動機矢量控制系統(tǒng) .............................................................................44 第七章 Auto CAD 2020 繪圖 .....................................................................................49 CAD 簡介 ................................................................................................49 畫定子沖片圖 .................................................................................................49 畫轉子沖片圖 .................................................................................................50 畫繞組圖 .........................................................................................................51 目錄 IV 參考文獻 ......................................................................................................................54 總結 ..............................................................................................................................55 致謝 ..............................................................................................................................56 第一章 同步電機概論 1 第一章 同步電機概論 同步電機和 異步電機 一樣是一種常用的 交流電機 。 同步電機的 特點是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉子的轉速和電網頻率之間有不變的關系 n=ns=60f/p， ns 稱為同步轉速。若電網的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉速恒為常數而與負載的大小無關。 同步電機分為 同步發(fā)電機 、 同步電動機 和同步補償機 。現代 發(fā)電廠中的交流機以同步 發(fā) 電機為主 ，而隨著變頻調速技術的成熟運用，同步電動機也越來越廣泛的應用于各種電力拖動領域。 同步電機的基本特點 同步電機最突出的特點就是如果電網的頻率不變，穩(wěn)態(tài)時的轉速恒為常數且與負載的大小無關。 同步電機一般把電樞繞組放置在定子上，把磁極放置在轉子上，勵磁繞組套在磁極上。它的主要運行方式有三種，即同步發(fā)電機、同步電動機及同步補償機。 以同步發(fā)電機方式運行時， 勵磁繞組中通入直流電流，電機內產生磁場，由原動機拖動電機的轉子旋轉，磁場與定子導體之間有了相對運動，在定子繞組中就會感應交 流電動勢。當同步發(fā)電機的轉速一定時，它發(fā)出的交流電動勢也是是固定的，這是因為，交流電動勢的頻率 f決定于極數 p 和轉子的轉速 n，即 f=pn/60。 以同步電動機方式運行時，在電機的電子繞組上加三相交流電，電機里將產生旋轉磁場。轉子的勵磁繞組通入直流電后，轉子相當于磁鐵。于是旋轉磁場帶動磁鐵轉動，速度為 n=60f/p。 由此可見，當極數一定時，同步電機的頻率與轉速有嚴格的關系。變頻調速技術的運用使得同步電動機的速度可調，再加上同步電動機的功率因數可調，使得同步電動機成為同步電機的一種重要的運行方式。 以同步補償機方 式運行時，實際上是一臺接在交流電網上空載運行的同步電動機。這時電機不帶任何機械負載，依靠調節(jié)轉子中的勵磁電流向電網發(fā)出 所需的感性或者容性無功功率，可以改善電網功率因數或者調節(jié)電網電壓，滿足電網對無功功率的要求。 同步電機的基本類型 同步電機的系列、品種、規(guī)格很多，可以按用途、結構特點、通風方式、冷卻方式、發(fā)電機的原動機、電動機的負載等分類。 按用途來分，有發(fā)電機、電動機、補償機。 按結構特點分， 有旋轉電樞式和旋轉磁極式；在旋轉磁極式中， 有凸極式的和隱極式的；有立式的和臥式。 第一章 同步電機概論 2 按通風方式分，有開啟式、防 護式、封閉式。 按發(fā)電機的原動機來分，有汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和其他原動機帶動的發(fā)電機（如柴油機等）。 圖 11 汽輪發(fā)電機 圖 12 水輪發(fā)電機 按電動機帶動的負載分，有均勻負載、交變負載和 沖擊負載的電動機。 同步電機用作發(fā)電機時，是應用最廣泛的。據統(tǒng)計，現代社會使用的交流電能 99%由同步發(fā)電機產生。 同步電機用作電動機時 ，效率高且功率因數可調；而異步電機運行時必須從電網吸收無功勵磁功率，使 電網功率因數變壞。因此，驅動球磨機、壓縮機等大功率、低轉速的機械設備，常采用同步電機。 同步電機用作補償機時， 能向電網發(fā)出感性無功功率，滿足電網對無功功率的要求。 同步電機的基本結構 按照結構形式分類，同步電機可分為旋轉電樞式和旋轉磁極式兩種。 第一章 同步電機概論 3 圖 13 旋轉電樞式同步電機 圖 14 旋轉磁極式同步電機 實際應用中，需通過滑環(huán)將電功率自轉子導入 或 導出。由于同步電機的電樞功率很大，電壓很高， 所以 不容易通過滑環(huán)導入 或 導出。 由于勵磁繞組的功率與電樞的功率相比，所占比例較小，勵磁電壓 又較低，因此使磁 極旋轉，通過滑環(huán)為勵磁繞組供電 較 容易實現。因此旋轉電樞式 電機 只適用于小容量 的 同步電機，同步電機的基本結構形式是旋轉磁極式。 同步電機的基本結構：和直流電機以及異步電機相同，都是由 定 子和轉子兩部分組成。 定子部分： 由鐵心、電樞繞組、機座及端蓋等結構部件組成。 定子鐵心是構成磁路的部件，通常采用硅鋼片疊裝而成，可 減少磁滯和渦流損耗。定子沖片 一般 分段疊裝，每段之間有通風槽片， 構成徑向通風。大型同步電機因為尺寸太大，硅鋼片常做成 扇形沖片，然后組裝成圓形。 電樞繞組為三相對稱交流繞組， 一般 多為雙層繞組，嵌裝在定子槽內 。 定子機座是支承部件，作用為 安放定子鐵心和電樞繞組，并 且構成所需的通風路徑，因此 它 要 有足夠的剛度和強度。大型同步電機的機座 大 都采用鋼板焊接第一章 同步電機概論 4 結構。 端蓋的作用與異步電機 基本 相同， 用于將電機本體的兩端封蓋起來，且 與機座、定子鐵心和轉子一起構成電機內部完整的通風系統(tǒng)。 轉子部分： 由轉子鐵心、轉軸、阻尼繞組、勵磁繞組和滑環(huán)等組成。分為兩種類型，隱極式和凸極式。 隱極式轉子呈圓柱形， 一般無明顯 磁極。隱極式轉子的圓周上開 有 槽，槽中嵌放 有 分布式直流勵磁繞組。隱極式轉子的機械強度 很高，所以多用于高速同步電機 。在同步電機 的 運行過程中，轉子因為 高速旋轉而 需要 承受很大的機械應力，所以隱極式轉子大多采用整塊強度高和良好導磁性能 的鑄鋼或鍛鋼加工而成。隱極電機的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同。