同步电动机起动方法设计

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1、谷方东：同步电动机的起动方法设计同步电动机的起动方法设计摘要：同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。本文先介绍了同步电机及同步电动机的工作原理，而后就同步电动机的异步起动和变频起动进行了Simulink仿真，并作简要分析。关键字：同步电机，同步电动机，异步起动，变频起动，仿真分析1同步电机的基本原理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

2、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电机以同步电机为主。　　1.1工作原理　　主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。　　载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。　　切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。　　交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的

3、三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。图1同步电机的三种运行状态a)发电机b)补偿机c)电动机1.2运行方式8谷方东：同步电动机的起动方法设计同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作

4、为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，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，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。若转子主磁场趋超前于定子合成磁场，δ＞0，此时转子上将受到一个与其旋转方向相反的制动性质的电磁转矩，如图1a)所示。为使转子能以同步转速持续旋转，转子必须从原动机输人驱动转矩。此时转子输入机械功率，定子绕组向电网或负载输出电功率，电机作发电机运行。若转子主极磁场与定子合成磁场的轴线重合，即δ＝0，则电磁转矩为零，如图1b)所示。此时电机内

5、没有有功功率的转换，电机处于补偿机状态或空载状态。若转子主极磁场滞后于定子合成磁场，即δ＜0，则转子上将受到一个与其转向相同的驱动性质的电磁转矩，如图1c)所示。此时定子从电网吸收电功率，转子可拖动负载而输出机械功率．电机作为电动机运行。1.3基本结构同步电机按其结构型式可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。在实际应用中，需要通过滑环将电功率自转子部分导入或者引出。由于同步电机的电枢功率极大，电压较高，因而不容易由滑环导入或引出。由于励磁绕组的功率与电枢的功率相比，所占比例较小，励磁电压通常又较低，因此使磁极旋转，通过滑环为励磁绕组供电容易实现。因此旋转电枢式只适用于小容量同步电机，

6、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与直流电机和异步电机相同，都是由定子与转子两大部分组成。图2旋转电枢式同步电机图3旋转磁极式同步电机a)隐极式b)凸极式1.3.1定子由铁心、电枢绕组、机座以及端盖等结构件组成。8谷方东：同步电动机的起动方法设计定子铁心是构成磁路的部件，一般采用硅钢片叠装而成，以减少磁滞和涡流损耗。定子冲片分段叠装，每段之间有通风槽片，以构成径向通风。大型同步电机由于尺寸太大，硅钢片常为扇形冲片，然后组装成圆形。电枢绕组为三相对称交流绕组，多为双层绕组，嵌装在定子槽内。定子机座是支承部件，用于安放定子铁心和电枢绕组，并构成所需的通风路径，因此

7、要求它有足够的刚度和强度。大型同步电机的机座都采用钢板焊接结构。端盖的作用与异步电机相同，将电机本体的两端封盖起来，并与机座、定子铁心和转子一起构成电机内部完整的通风系统。1.3.2转子与异步电机转子结构不同，通常由转子铁心、转轴、阻尼绕组、励磁绕组和滑环等组成。同步电机的转子结构有两种类型，可分为隐极式和凸极式两种。隐极式转子如图3a)所示，转子呈圆柱形，无明显的磁极。隐极式转子的圆周上开槽，槽中嵌放分布式直流励磁绕组。隐极式转子的机械强度高，故多用于高速同步电机，例如汽轮发电