12KW4极变频调速同步电动机的电磁方案及控制系统的设计.doc

密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（20062010年）题 目 12KW-4极变频调速同步电动机的电磁方案及控制系统的设计学 院： 信息工程学院 系 电气与自动化工程系 专业班级： 电机电器061班 学生姓名： 刘飞 学号： 6101106014 指导教师： 黄劭刚 职称： 教授 起讫日期： 2010.03.222010.06.09 学士学位论文要求装订成册并应包含以下主要内容一、 毕业设计（论文）任务书二、开题报告三、南昌大学学士学位论文原创性申明四、毕业设计（论文）1、中文摘要2、外文摘要3、毕业设计（论文）全文五、外文资料原文六、外文资料译文 本科生毕业设计任务书（工科及部分理科专业适用）题目： 12KW-4极变频调速同步电动机电磁方案及控制 系统的设计 题目来源：省部级以上 市厅级 横向 自选题目性质：理论研究 应用与理论研究 实际应用研究学 院：信息工程学院 系：电气工程及其自动化 专业班级： 电 机 电 器 061 学生姓名： 刘 飞 学号 6101106014 起讫日期： 2010.3.22 2010.6.09 指导教师： 黄 劭 刚 职称： 教 授 指导教师所在单位： 南昌大学信息工程学院 学院审核（签名）： 审核日期： 二0一0年制说 明1. 毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。2. 进度表由学生填写，至少每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作检查的主要依据。进度表中的周次是指实际的毕业设计进程中的周次。3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，于3周内提交给指导教师批阅。4. 本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。一、毕业设计的主要内容和基本要求（一）主要内容1.了解同步电动机的结构、原理、运行特性；2.设计64KW-6P同步电动机，掌握同步电动机设计方法；3.对同步电动机进行优化设计和对比分析；4.采用CAD制图，画出定转子冲片图和电枢绕线图。5.了解并设计同步电动机的变频调速控制系统；（二）基本要求1、技术要求：额定功率: 12KW 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：86.5% 定子槽满率：80 - 85% 2、原始数据： 定子外径 ：26 定子内径：18.11定子槽数 ：36 气隙长度：0.0553、参考数据定子绕组电密：7 9.5A/mm2 气隙磁密：0.73 0.88T（4极） 0.7 0.75T（6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，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论文开题报告及译文3.83.21南昌大学2进行同步电动机电磁计算，设计电机绕组和冲片，并进行CAD制图3.224.6南昌大学3完成同步电动机设计方案，使各项指标符合要求4.154.28南昌大学4完成同步电动机两个优化设计方案4.295.12南昌大学5完成同步电动机变频调速系统设计5.13 5.26南昌大学6撰写毕业论文5.27 6.9南昌大学7论文答辩6.10南昌大学五、主要参考资料1 孙旭东，王善铭主编. 电机学M. 北京：清华大学出版社，2006 2 戴文进，徐龙权主编. 电机学M. 北京：清华大学出版社，2008 3 王益全编著. 电动机原理与实用技术M. 北京：科学出版社，2005 4 李发海，王岩编著. 电机与拖动基础（第3版）M.北京：清华大学出版社，20055 陈世坤主编. 电机设计（第2版）M. 北京：机械工业出版社，20006 吴大榕编. 电机学M. 北京：水利电力出版社，1979六、毕业设计进度表（本表至少每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）第一、二周（3 月8 日至3月21 日）学生主要工作： 查找课题相关的文献资料，完成开题报告及译文。指导教师审查意见：签名： 年 月 日第三、四周（ 3 月 22 日至4 月6日）学生主要工作： 进行同步电动机电磁计算，设计电机绕组和冲片，并进行CAD制图指导教师审查意见：签名： 年 月 日第六、七周（ 4 月15 日至4 月 28 日）学生主要工作： 完成同步电机电磁设计第一个方案，各项指标符合设计要求。指导教师审查意见：签名： 年 月 日第八、九周（ 4 月 29 日至 5 月12日）学生主要工作： 提出优化设计目标，完成同步电机电磁设计第二、三个方案。指导教师审查意见：签名： 年 月 日第十、十一周（ 5 月 13日至 5 月 26日）学生主要工作： 完成同步电动机变频调速系统设计。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（ 5月 27 日至 6月10日）学生主要工作： 毕业设计论文定稿，并进行论文答辩指导教师审查意见：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： 57本科生毕业设计（论文）开题报告题 目：12KW4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： 电气工程及其自动化 班 级： 电机电器061 学 号： 6101106014 姓 名： 刘 飞 指导教师： 黄 劭 刚 填表日期： 2010 年 4 月 2 日一、 选题的依据和意义 电动机制造是我国机械工业中较大的行业之一，它既是关系到各行各业自动化的重要基础产品，又是与人类生活密切相关的面广量大、品种繁多的通用产品。国内60-70%的发电量被电动机所消耗。电动机是把电能转换成机械能的设备，它的主要作用是产生驱动力矩，作为用电器或小型机械的动力源,电动机产品的品种、数量和质量各种性能水平的提高和发展，都会直接影响国民经济各部门成套设备的发展水平。电机已是当今生产活动和日常生活中最重要的原动力和驱动装置。电机数量之多，应用范围之广，地位之重要，没有其它设备所能与之相比。 同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。同步电机作为电机的主要类型，其应用是十分广泛的。同步电机主要用来作为发电机运行，现代社会中使用的交流电能，几乎全由同步发电机产生。同步电机还可以作为电动机使用，对不要求调速的大功率生产机械，常用同步电动机来驱动。以往同步电动机主要应用在一些功率比较大而且不要求调速的场合，如空气压缩机、鼓风机、电动发电机等。大功率同步电动机比同容量的异步电动机功率因数更高，能够通过调节砺磁来改善电网的功率因数，这是异步电动机做不到的。而且，对于大功率低转速的电动机，同步电动机的体积比异步电动机要小。此外，同步电机还可以人微言轻同步补偿机使用，它实际上是一台按在交流电网上空转的同步电动机，专门向电网发出戌感性或容性的无功功率，满足电网对无功功率的要求。近十多年来，由于电力电子技术的发展，将变频器和同步电动机联合起来，组成了无换向器的电动机，它没有直流电机的机械换向器，用电子换向来代替，可以得到与直流电机同样的性能，而且可以做到比直流电机容量更大，电压和转速更记，在工业上开辟了新的用途，如舰船电力推进系统、大型轧钢系统等。因此,研究同步电机对我国电机工业的发展与提高有积极意义。 我国从20世纪70年代开始进行交流同步电机调速技术的研究，80年代初已研制成功交交变频同步电机的实验样机，但大功率交交变频调速装置直到90年代才得到长足的发展。国家非常重视大型传动装备的国产化，国家“七五”、“八五”、“九五”计划均把大型传动交流调速国产化列入重大技术装备科技攻关项目。国家科委“火炬计划”、国家自然科学基金项目、国家重点基础研究“攀登计划”等项目都对该技术的研究给予了支持。二、 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述） 在交流电网上，人们广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。  过去的电力拖动中，很少采用同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。电机很难启动。自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用。 随着电力电子学、微电子技术以及现代控制理论的迅速发展，在大功率调速传动领域已出现交流传动取代直流传动的趋势。对于大容量生产机械，如轧钢机、矿井提升机、船舶推进以及牵引传动，交流变频同步电机调速传动不仅具有与直流传动同样优越的调速性能，还具有过载能力大、效率高、体积小、重量轻、转动惯量小、维护简单和可靠性高等优点。同步电机与异步电机变频调速相比较，又具有功率因数高、变频器容量小、弱磁区转矩特性好等优点。由于交流变频同步电机调速传动具有以上优点，国内外工业届在大容量调速传动中已陆续采用并推广这一技术。沿金行业轧机主传动已普遍采用交流变频同步电机调速传动，并取得了明显的经济效益。煤炭与有色金属行业也将该系统用于矿井提升机传动。国家重点发展的油气输送压缩机调速传动、船舶电力推进、高速磁悬浮直线电机牵引供电等大型调速传动装备也采用交流变频 同步电机调速传动。近20年来，我国高等学校、科研院所、电机制造厂对大型交流同步电机调速技术的研究、装备制造和工程应用也做出了很多努力并取得了突出成果。在理论研究方面，建立并完善了叫交交变频同步电机调速系统设计与运行理论、交交变频同步电机阻尼绕组理论、交交变频同步电机设计理论、同步电机磁场定向控制理论、大功率交流电机与电网一体化控制理论、交流调速系统仿真理论及平台、交交变频同步电机调速系统工程调整理论与方法、大型交流调速传动机电振荡理论与抑制方法等，在国内外学术界具有重要影响，并为大功率交流调速装备制造和工程应用奠定了基础。1993年，我国科研院所把交流调速的科研成果推向了工程实践，研制成功我国第一台2500kw交交变频同步电机轧机主传动系统。在此基础上，又连续突破了5000kw单机容量、单机可逆、双机传动等技术难关，在大型轧机主传动中应用成功。特别是近期在国家“九五国家重大技术装备攻关计划”的支持下，研制成功由8台10MV*A大功率交交变频器组成的我国第一套大型热连轧机交流同步电机调速系统。2001年研制成功我国第一台6MW矿井提升机交交变频同步电机传动系统。2002年采用新型电力电子器件IGCT研制成功国家863计划项目-5MV*A三电平大功率变频器，打破了我国大型交流传动装备长期依赖进口的局面，标志着我国交流调速理论研究、装备制造、工程设计与调试技术达到世界先进水平。三、本课题研究内容A变频调速控制系统电机调速的控制性能，可以归结为主要是对电机转矩的控制。长期以来，直流电机广泛应用于电机调速领域，这是因为直流电机的电枢电流与磁场相互正交，可以分别控制，具有良好的转矩控制性能。而交流电机的可控量是输入交流电压、电流，其转矩与磁场是复杂耦合的，不能简单地实现解耦控制，所以交流电机的转矩控制长期以来成为电机调速领域的难题。1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。并且变频技术所应用到的行业越来越广泛,和能源相关的行业都能用到. 举例:生活中空调,冰箱,洗衣机等等,工业:起重机等等 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。B电磁设计本课题主要是研究设计12kw同步电动机。首先根据给定的功率，功率因数，相数，频率及额定相电压确定同步电动机的主要规格，即：容量，额定相电压，额定相电流，同步转速。其次，进行电枢绕组的选择：1.根据线负荷的范围,确定绕组的每相串联导体数,即:.2.根据公式确定每槽导体数,即：.3.根据槽满率，确定电枢绕组的线规，即，。再次，确定电机铁心的长度。1.先确定硅钢片磁密，使硅钢片充分的利用。2.根据第二步确定的绕组可以确定每极磁通。3.根据每极磁通及气隙磁密,可确定铁心的长度.最后,根据前两步确定的数据,进行电机参数的计算.本课题的主要计算过程如下：1.主要规格的确定2.主要尺寸的确定3.磁场波形的确定4.电枢铁心及电枢绕组的确定5.磁路计算6.稳态电抗计算7.短路比计算8.励磁绕组计算9.短路电流，过载能力及暂态电抗计算10.谐波绕组的计算11.额定负载时的损耗及效率计算12主要材料重的计算13温升计算四、本课题研究方案 本课题的研究方案主要有三个，方案一，是根据计算程序，首先选择电枢绕组的规格和每槽导体数,然后算出定子铁心长度,最后计算出符合国家有关标准和技术要求的电机参数；方案二：在方案一的基础上，通过增加每槽导体数，减小电机的铁心长度，从而达到在满足技术要求的基础上，节省材料，主要是节省硅钢片的用量的目的。方案三：在方案一的基础上,通过减小每槽导体数,在保持磁密不变的情况下,相应的增加电机铁心的长度,从而达到减小铜耗,最终达到提高效率的目的. 方案二与方案一主要是通过牺牲效率来达到节省材料的目的，方案三与方案一主要是通过增加材料耗用来提高效率的目的。采用的方法主要是手算和计算机程序算相结合的方法。 五、研究目标、主要特色及工作进度： 1. 研究目标：根据用户提出的产品规格，技术要求，设计出满足用户要求的性能好，体积小，结构简单，运行可靠的电动机。尽量减少材料的使用，主要是铁和铜的耗用量，使之更加经济。主要研究通过增加材料的耗用来达到提高效率和以牺牲效率来达到节省材料的目的。2. 主要特色：进行同步电动机的电磁设计时，既釆用手算的方法，又釆用计算机编程的方法进行计算。本课题研究了三个方案，方案一为折中方案，在满足技术要求的基础上设计的方案。方案二为材料最省方案，在满足技术要求的基础上使电机的所用材料最省。方案三为效率最高方案，在满足技术要求的基础上使电机的效率的达到最高。方案齐全便于用户选用，且对三个方案进行了详细的研究，并做出了分析比较。 本课题的另一重要特色，是指在定子冲片和转子冲片尺寸给定的情况下，设计出用户所要求功率的发电机，这有利于产品的标准化生产。同时还可以避免由于不同功率的电机使用不同的定子冲片和转子冲片尺寸所造成重新设计模具的浪费，可以提高所生产的电机的经济性。3. 工作进度：起讫日期工作内容备注3.83.21论文开题报告及译文3.224.6进行同步电动机电磁计算，设计电机绕组和冲片，并进行CAD制图4.154.28完成同步电动机设计方案，使各项指标符合要求4.295.12完成同步电动机两个优化设计方案5.13 5.26完成同步电动机变频调速系统设计5.27 6.9撰写毕业论文6.10论文答辩六、参考文献：1 孙旭东，王善铭主编. 电机学M. 北京：清华大学出版社，2006 2 戴文进，徐龙权主编. 电机学M. 北京：清华大学出版社，2008 3 王益全编著. 电动机原理与实用技术M. 北京：科学出版社，2005 4 李发海，王岩编著. 电机与拖动基础（第3版）M.北京：清华大学出版社，20055 陈世坤主编. 电机设计（第2版）M. 北京：机械工业出版社，20006 吴大榕编. 电机学M. 北京：水利电力出版社，19797 陈永校等编著. 小功率电动机M. 北京：机械工业出版社，19928 顾绳谷等. 电机与拖动基础M. 北京：机械工业出版社，19819 王益全等. 电机测试技术M. 北京：科学出版社，200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： 摘要 密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（20062010年）题 目 12kw-4极变频调速同步电动机的电磁方案及控制 系统的设计学 院： 信息工程学院 系 电气工程及其自动化 专业班级： 电机电器061班 学生姓名： 刘 飞 学号： 6101106014 指导教师： 黄劭刚 职称： 教授 起讫日期： 2010.3.13 2010.6.9 12KW-4极变频调速同步电动机的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：6101106014 学生姓名：刘飞 指导老师：黄劭刚摘要本文从同步电动机的基本理论及工作特性着手，简单介绍了同步电动机的工作原理,工作特性、类型、用途、主要结构、技术指标、工作特性和变频调速控制等。这是为电机设计做准备的。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素、确定的尺寸和数据很多。因此，必须全面地、综合地看问题，并能因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。本文制定出三套设计方案来设计同步电动机，第一套方案是选定各项数据按照计算程序来初步设计一台电机，使其符合同步电动机的效率、温升等要求，第二套方案是在方案1的基础上重新选择数据使同步电动机的材料消耗最少，最后一套方案是在方案2的基础上再想办法使同步电动机的效率最高.此外，对于用AUTOCAD绘制图形也作了概述。关键词：同步电动机原理；设计；CAD.Abstract12KW-4 frequency speed synchronous Motor Electromagnetic and control system DesignAbstractThis article begins from synchronous motors elementary theory and the operational factor, introduced synchronous generator's principle of work simply, the operational factor, the type, the use, the primary structure, the technical specification, operational factor frequency speed control and so on. This is prepares for the electric machine design. The electric machine design is a complex process, needs to consider the factor, the determination size and the data are many. Therefore, must look at the question comprehensive comprehensively, and can act as circumstances permit, adopts the different solution in view of the special details. In this paper, synchronous motor electromagnetic design starting with the basic design method, combining theoretical knowledge began to design motor, developed three design options to design synchronous generator, a package of the selected data is calculated in accordance with procedures to a preliminary design motors, synchronous motor to meet the efficiency requirements, such as temperature, in the second program is a programme on the basis of re-select data to the synchronous motor to think of the use of the material savings, the final package is in the program 2 on the basis of the synchronous motor to achieve the best efficiency and temperature.In addition, regarding used AUTOCAD to draw up the graph also to make the outline.keywords: the theory of synchronous motor, the design ,CAD.目录目录摘要IAbstractII目录III绪论1第一章 同步电动机的基本结构与原理21.1同步电动机的基本结构21.2同步电动机的工作原理21.3同步电动机的励磁方式3第二章 同步电动机的运行原理52.1电枢反应52.2同步电动机的功率和转矩平衡关系72.3功角特性及功率调节82.4同步电动机的起动10第三章 同步电动机的变频调速系统123.2同步电动机调速系统的分类143.3同步电动机直接转矩控制系统153.3.1交流同步电机直接转矩控制的数学模型153.3.2直接转矩控制的电压空间矢量173.3.3定子磁链轨迹183.3.4电磁转矩控制193.3.5直接转矩控制系统21第四章 电机设计基本理论244.1总体设计内容244.2电磁设计244.2.1 同步电动机的主要性能指标和额定数据244.2.2 主要性能指标的计算及影响它们的因素254.2.3 气隙对电机性能的影响264.2.4 集肤效应.及其对转子参数的影响274.3 结构设计28第五章 电磁设计方案计算295.1数据对比465.1.1材料用量计算结果及分析465.1.2电机损耗和效率计算结果及分析475.1.3电磁负荷计算结果及分析475.1.4电机参数计算结果及分析485.2结果分析48第六章 AUTO CAD 2006绘图506.1定子冲片图506.2画转子轴相图516.3画绕线图52第七章 总结54参考文献（References）56致 谢57绪论绪论同步电动机是一种常用的交流电动机。与感应电动机相比，同步电动机的特点主要有两条，一是只要电源频率f不变，电动机的转速n就是恒定的，不随负载的大小而变化；二是可通过调节直流励磁电流来调节电动机的功率因数，可使电机的功率因数或具有超前的功率因数，这是同步电动机的一个十分可贵的特点。因此，同步电动机常用于工矿企业中要求恒转速运行的大、中型机械设备的驱动，以便改善电网的功率因数同步电动机与电力电子技术相结合构成同步电动机调速系统，使同步电动机的应用场合更为广泛，如舰船电力推进系统、大型轧钢系统等。第一章 同步电动机的基本结构与原理第一章 同步电动机的基本结构与原理同步电动机由静止的定子和旋转的转子等部分组成。按结构不同，可分为隐极同步电机和凸极同步电机两大类。1.1同步电动机的基本结构 同步电动机主要由定子、转子以及滑环、电刷装置等部件构成。其定子铁心和绕组结构与感应电动机相同，当同步电动机的转速较低时，极数也将较多，这时，由于定子圆周所能开出的槽数有限，定子绕组常采用分数槽绕组。 同步电动机转子由转子铁心、励磁绕组和转轴、滑环等构成。转子铁心和励磁绕组共同构成了主磁极，励磁绕组中通入直流励磁电流就产生了主极磁场。这种主磁极旋转的结构称为旋转磁极式结构。按照转子主磁极形状不同，同步电动机又可分为隐极式和凸极式两种转子行式。 隐极式转子为圆柱行，气隙均匀。励磁绕组为同心式绕组，嵌放在转子铁心槽内，在大齿部分形成磁极。隐极式转子的机械强度较好，适合于高转速运行的电动机。 凸极式转子因有明显凸出的主磁极而得名。其气隙是不均匀的，磁极下面的气隙小，两磁极之间的气隙大。为了改善气隙磁场波形，磁极圆弧的圆心常与定子内圆偏心，一般取极尖处的气隙长度为主磁极轴线处气隙长度的1.5倍。励磁绕组为集中式绕组，套装在主磁极的极身上。为了获得起动转矩及改善动态性能，需要在凸极式转子主磁极的极靴表面开槽，以便装设笼型阻尼绕组。凸极式转子的机械强度较差，适合圆周速度较低、离心力较小的低转速电动机。为了给转子励磁绕组通以直流励磁电流，需要装设滑环和电刷，以便励磁绕组与外部直流励磁电源相连接。1.2同步电动机的工作原理同步电动机依靠转子主磁场与气隙合成磁场之间的磁拉力而工作的。同步电动机定子三相绕组接通三相电源后，定子绕组中就有三相电流流过，从而产生定子旋转磁动势和旋转磁场。旋转磁场切割转子笼型起动绕组，产生异步起动转矩使电动机起动。当转速升高95%同步转速时投入励磁，产生主极磁场，在主极磁场与气隙合成磁场之间产生的同步转矩的作用下，使电动机自动牵入同步。牵入同步后，电动机转入正常运行。实际上，只有在转子以同步速旋转时，同步电动机才能产生平均电磁转矩。可以把这种N极和S极之间的磁拉力比喻成转子主磁场与气隙合成磁场B之间由一组弹簧联系在一起。当电动机空载时，弹簧处于自由状态，未被拉伸，这时与B的轴线重合，电磁转矩为零；当电动机负载后，弹簧被拉伸，与B的轴线之间被拉开了一个角度，从而产生一定的同步电磁转矩。负载越大，与B的轴线之间被拉开的角度越大，同步电动机的电磁转矩也就越大，就像弹簧被拉伸得越长弹性力越大一样。与B的轴线之间的空间电角度称为功率角。显然，弹簧被拉伸的长度是有一定限度的，同步电动机电磁转矩的增大也同样要有一定的限度，超过了这个限度，同步电动机就会因失去同步而不能正常工作，甚至停转。这种因同步电动机的转子主磁场与气隙合成磁场之间的磁拉力而产生的电磁转矩通常称为同步转矩。同步电动机正常稳定运行时，其转速与负载大小无关，将始终保持同步转速不变。负载越大，电磁转矩越大，功率角越大，电动机的输出功率越大，同时电动机从电网输入的电功率也就越大。当电动机的负载转矩不变时，从电网输入的电枢电流中，有功电流分量基本上是不变的，而无功电流分量的大小以及电动机的功率因数则与励磁电流的大小有关。当功率因数时，无功电流分量等于0，电枢电流最小，这时的励磁电流称为正常励磁；当功率因数时，无功电流分量大于0，电枢电流大于正常励磁电流，称为欠励。因此，调节励磁电流可以调节同步电动机的功率因数，过励时功率因数超前，欠励时功率因数滞后。1.3同步电动机的励磁方式给同步电动机提供励磁的电源装置称为同步电动机励磁系统。获得励磁电流的方法不同，就构成了不同的励磁方式。为保证同步电动机的安全可靠运行，一般对励磁系统有如下要求：1.能稳定可靠地为同步电动机提供从空载到满载以及过载时的励磁电流，并力求简单、经济以及维护方便；2.为改善电网功率因数，大中容量同步电动机应按功率因数恒定或输出无功功率恒定来进行励磁调节3.为了提高同步电动机的动态稳定性，当电网电压降低或过载时，应能实行强行励磁；4.当同步电动机正常停机或事故停机时，应能实现快速灭磁。目前广泛使用的是静止整流励磁系统。其主电路一般采用三相全控桥式整流电路，给同步电动机的励磁绕组供电。电动机正常运行时，采用恒流励磁控制方式，使励磁电流不受电网电压波动以及绕组温度等因数的影响，恒流励磁可从零至额定值任意给定，以便对电动机的功率因数进行调节。该系统适用于重载或轻载、全压或降压起动。在转差率为0.05时自动投励，并没有按时间后备投励环节。投励时系统输出最大整流电压强迫励磁，使电动机快速牵入同步。停机时，可控桥以最大逆变电压快速灭磁，以保证系统安全。静止整流器励磁系统的可靠性好，响应速度快，适用于额定电压为3KV、6KV、10KV的高压电动机以及380V的低压电动机。对于大型同步电动机或在特殊环