75kw-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统毕业设计

75kw-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制系统毕业设计内容摘要：

................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 第一章 同步电机概论 ..................................................................................................1 同步电机的基本特点 .......................................................................................1 同步电机的基本类型 .......................................................................................1 同步电机的基本结构 .......................................................................................2 同步电机主要用途 ...........................................................................................4 基本技术要求 ...................................................................................................4 第二章 同步电动机的工作特性 ..................................................................................7 同步电动机的工作原理 ...................................................................................7 凸极同步电动机工作特性及 分析 ...................................................................8 同步电动机的功率平衡关系 .........................................................................10 第三章 电机设计基本方法 ........................................................................................ 11 总体设计过程 ................................................................................................. 11 电磁设计 ......................................................................................................... 11 第四章 电磁设计方案计算 ........................................................................................14 设计要求 .........................................................................................................14 方案计算 .........................................................................................................14 第五章 电磁设计结果分析 ........................................................................................40 复算程序 .........................................................................................................40 方案结果比较与分析 .....................................................................................40 心得与总结 .....................................................................................................42 第六章 同步电动机变频调速系统设计 ....................................................................43 同步调速系统类型 .........................................................................................43 变频调速系统的基本控制类型 .....................................................................43 同步电动机矢量控制系统 .............................................................................44 第七章 Auto CAD 2020 绘图 .....................................................................................49 CAD 简介 ................................................................................................49 画定子冲片图 .................................................................................................49 画转子冲片图 .................................................................................................50 画绕组图 .........................................................................................................51 目录 IV 参考文献 ......................................................................................................................54 总结 ..............................................................................................................................55 致谢 ..............................................................................................................................56 第一章 同步电机概论 1 第一章 同步电机概论 同步电机和 异步电机 一样是一种常用的 交流电机。 同步电机的 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 、 同步电动机 和同步补偿机。 现代 发电厂中的交流机以同步 发 电机为主 ，而随着变频调速技术的成熟运用，同步电动机也越来越广泛的应用于各种电力拖动领域。 同步电机的基本特点 同步电机最突出的特点就是如果电网的频率不变，稳态时的转速恒为常数且与负载的大小无关。 同步电机一般把电枢绕组放置在定子上，把磁极放置在转子上，励磁绕组套在磁极上。 它的主要运行方式有三种，即同步发电机、同步电动机及同步补偿机。 以同步发电机方式运行时， 励磁绕组中通入直流电流，电机内产生磁场，由原动机拖动电机的转子旋转，磁场与定子导体之间有了相对运动，在定子绕组中就会感应交 流电动势。 当同步发电机的转速一定时，它发出的交流电动势也是是固定的，这是因为，交流电动势的频率 f决定于极数 p 和转子的转速 n，即 f=pn/60。 以同步电动机方式运行时，在电机的电子绕组上加三相交流电，电机里将产生旋转磁场。 转子的励磁绕组通入直流电后，转子相当于磁铁。 于是旋转磁场带动磁铁转动，速度为 n=60f/p。 由此可见，当极数一定时，同步电机的频率与转速有严格的关系。 变频调速技术的运用使得同步电动机的速度可调，再加上同步电动机的功率因数可调，使得同步电动机成为同步电机的一种重要的运行方式。 以同步补偿机方 式运行时，实际上是一台接在交流电网上空载运行的同步电动机。 这时电机不带任何机械负载，依靠调节转子中的励磁电流向电网发出 所需的感性或者容性无功功率，可以改善电网功率因数或者调节电网电压，满足电网对无功功率的要求。 同步电机的基本类型 同步电机的系列、品种、规格很多，可以按用途、结构特点、通风方式、冷却方式、发电机的原动机、电动机的负载等分类。 按用途来分，有发电机、电动机、补偿机。 按结构特点分， 有旋转电枢式和旋转磁极式；在旋转磁极式中， 有凸极式的和隐极式的；有立式的和卧式。 第一章 同步电机概论 2 按通风方式分，有开启式、防 护式、封闭式。 按发电机的原动机来分，有汽轮发电机、水轮发电机和其他原动机带动的发电机（如柴油机等）。 图 11 汽轮发电机 图 12 水轮发电机 按电动机带动的负载分，有均匀负载、交变负载和 冲击负载的电动机。 同步电机用作发电机时，是应用最广泛的。 据统计，现代社会使用的交流电能 99%由同步发电机产生。 同步电机用作电动机时 ，效率高且功率因数可调；而异步电机运行时必须从电网吸收无功励磁功率，使 电网功率因数变坏。 因此，驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。 同步电机用作补偿机时， 能向电网发出感性无功功率，满足电网对无功功率的要求。 同步电机的基本结构 按照结构形式分类，同步电机可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。 第一章 同步电机概论 3 图 13 旋转电枢式同步电机 图 14 旋转磁极式同步电机 实际应用中，需通过滑环将电功率自转子导入 或 导出。 由于同步电机的电枢功率很大，电压很高， 所以 不容易通过滑环导入 或 导出。 由于励磁绕组的功率与电枢的功率相比，所占比例较小，励磁电压 又较低，因此使磁 极旋转，通过滑环为励磁绕组供电 较 容易实现。 因此旋转电枢式 电机 只适用于小容量 的 同步电机，同步电机的基本结构形式是旋转磁极式。 同步电机的基本结构：和直流电机以及异步电机相同，都是由 定 子和转子两部分组成。 定子部分： 由铁心、电枢绕组、机座及端盖等结构部件组成。 定子铁心是构成磁路的部件，通常采用硅钢片叠装而成，可 减少磁滞和涡流损耗。 定子冲片 一般 分段叠装，每段之间有通风槽片， 构成径向通风。 大型同步电机因为尺寸太大，硅钢片常做成 扇形冲片，然后组装成圆形。 电枢绕组为三相对称交流绕组， 一般 多为双层绕组，嵌装在定子槽内。 定子机座是支承部件，作用为 安放定子铁心和电枢绕组，并 且构成所需的通风路径，因此 它 要 有足够的刚度和强度。 大型同步电机的机座 大 都采用钢板焊接第一章 同步电机概论 4 结构。 端盖的作用与异步电机 基本 相同， 用于将电机本体的两端封盖起来，且 与机座、定子铁心和转子一起构成电机内部完整的通风系统。 转子部分： 由转子铁心、转轴、阻尼绕组、励磁绕组和滑环等组成。 分为两种类型，隐极式和凸极式。 隐极式转子呈圆柱形， 一般无明显 磁极。 隐极式转子的圆周上开 有 槽，槽中嵌放 有 分布式直流励磁绕组。 隐极式转子的机械强度 很高，所以多用于高速同步电机。 在同步电机 的 运行过程中，转子因为 高速旋转而 需要 承受很大的机械应力，所以隐极式转子大多采用整块强度高和良好导磁性能 的铸钢或锻钢加工而成。 隐极电机的气隙是均匀的，圆周上各处的磁阻相同。