電機學－同步電機基本知識和結構講義

1、電機學同步電機基本知識和結構講義同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-1 概述概述什么是同步電機什么是同步電機同步電機：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步電機：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電動勢頻率與電動勢頻率f之間保持之間保持嚴格不變的關系。嚴格不變的關系。對同步發(fā)電機，發(fā)出的電動勢頻率對同步發(fā)電機，發(fā)出的電動勢頻率f對同步電動機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足對同步電動機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足 )(60Hzpnf min)/(60rpfn 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-1 概述概述同步電機的運行方式同步電機的運行方式作為發(fā)電機運行把機械能轉(zhuǎn)換成電能汽輪發(fā)電機原動機為

2、汽輪機水輪發(fā)電機原動機為水輪機其它原動機帶動的發(fā)電機柴油發(fā)電機，風力發(fā)電機等作為電動機運行把電能轉(zhuǎn)換成機械能作為調(diào)相機運行向電網(wǎng)發(fā)送無功功率同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機基本構成：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組?；緲嫵桑憾ㄗ?、轉(zhuǎn)子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組。NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.橫截面圖橫截面圖 凸極式凸極式 隱極式隱極式 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機作為發(fā)電機運行時，用一原動機拖動轉(zhuǎn)

3、作為發(fā)電機運行時，用一原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電，子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電，從而在氣隙中產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁從而在氣隙中產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁場切割定子上的電樞導體，電樞繞組便場切割定子上的電樞導體，電樞繞組便感應出交流電動勢。設氣隙磁密按正弦感應出交流電動勢。設氣隙磁密按正弦分布，則在定子三相繞組里感應出正弦分布，則在定子三相繞組里感應出正弦變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率取決于電機的極對數(shù)取決于電機的極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n，若電機為一對極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，若電機為一對極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導體中感應電動勢變化一

4、個周波。導體中感應電動勢變化一個周波。 NSAZBXCY1n.同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機NSAZBXCY1n.考察電樞導體考察電樞導體 A A 的感應電動勢。的感應電動勢。e = B l v e = B l v ，右手定則。導體相，右手定則。導體相對于磁場的運動方向。對于磁場的運動方向。NSAZBXCY1n.e = E max e = E max 電樞導體電樞導體 A A 處徑向磁密等于處徑向磁密等于0 0 e = 0 e = 0同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工

5、作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.e = e = E max E max 電樞導體電樞導體 A A 處徑向磁密等于處徑向磁密等于0 0 e = 0 e = 0同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機若為若為 p 對極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導體感應電動勢變化對極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導體感應電動勢變化 p 個周個周波。設轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)波。設轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn) n 轉(zhuǎn)，則對轉(zhuǎn)，則對 p對對極電機，導體感應電動極電機，導體感應電動勢每分鐘變化勢每分鐘變化 pn 個周波，每

6、秒鐘變化個周波，每秒鐘變化 pn/60 個周波，這就是電個周波，這就是電動勢的頻率。動勢的頻率。 )(60Hzpnf 注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為50Hz，因此極對數(shù)和，因此極對數(shù)和轉(zhuǎn)速有如下固定關系轉(zhuǎn)速有如下固定關系min)/(30005060rppn同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步電動機同步電動機如果同步電機作為電動機運行，則必須在定子三相繞組上加上三如果同步電機作為電動機運行，則必須在定子三相繞組上加上三相交流電壓，三相交流電流流過定子繞組，會在電機里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)相交流電壓，三

7、相交流電流流過定子繞組，會在電機里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，當勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉(zhuǎn)子好象是一個磁鐵，磁場，當勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉(zhuǎn)子好象是一個磁鐵，于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動這個磁鐵，按旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動這個磁鐵，按旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)把電能轉(zhuǎn)換成機械能的目的。這時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)把電能轉(zhuǎn)換成機械能的目的。這時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 為為 “同步同步”的概念的概念min)/(60rpfn 同步電機無論作為發(fā)電機還是電動機運行，當極數(shù)一定時，它同步電機無論作為發(fā)電機還是電動機運行，當極數(shù)一定時，它的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速 n 和頻率和頻率 f 之間保持嚴格不變的關系，用電機專業(yè)術

8、語之間保持嚴格不變的關系，用電機專業(yè)術語說，叫做說，叫做“同步同步”，所以這種電機叫同步電機，所以這種電機叫同步電機 。同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-3 同步電機的基本結構同步電機的基本結構汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子特點：轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)軸細長，由高機械強度和導磁性能較好的合金鋼鍛特點：轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)軸細長，由高機械強度和導磁性能較好的合金鋼鍛 成，并且和轉(zhuǎn)軸作成一個整體，為隱極式轉(zhuǎn)子。成，并且和轉(zhuǎn)軸作成一個整體，為隱極式轉(zhuǎn)子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應

9、電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。機座機座固定定子鐵心。固定定子鐵心。水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子特點：轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸短粗，為凸極式轉(zhuǎn)子。特點：轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸短粗，為凸極式轉(zhuǎn)子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場

10、。同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。法稱為勵磁方式。 勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵式勵式(separately excited)和自勵式和自勵式(self-excited)兩類。兩類。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。同步電機工作時必須供給勵

11、磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。法稱為勵磁方式。 勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵式勵式(separately excited)和自勵式和自勵式(self-excited)兩類。兩類。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 一、他勵式勵磁系統(tǒng)一、他勵式勵磁系統(tǒng)他勵式勵磁系統(tǒng)主要有下列幾種。他勵式勵磁系統(tǒng)主要有下列幾種。1直流勵磁機

12、勵磁系統(tǒng)直流勵磁機勵磁系統(tǒng) ALGVKfifIfR同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 2他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng)他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng)GGG87391052416同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 3旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)GGGS自動勵磁調(diào)節(jié)器372651電壓互感器電流互感器84同軸旋轉(zhuǎn)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)1自并勵半導體勵磁系統(tǒng)自并勵半導體勵磁系統(tǒng)3GS1

13、5243ABC0同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)1自并勵半導體勵磁系統(tǒng)自并勵半導體勵磁系統(tǒng)3GS15243ABC0同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)2自復勵半導體勵磁系統(tǒng)自復勵半導體勵磁系統(tǒng)GS17264ABC053同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)3相復勵勵磁系統(tǒng)相復勵勵磁系統(tǒng) 1ABC023456I相復勵

14、勵磁系統(tǒng)的全稱是相位補償復勵式勵磁系統(tǒng)，它具有自勵恒壓特性。所謂恒壓特性，就是這種勵磁系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，使得在任何負載下端電壓都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi) 1發(fā)電機 2線性電抗器 3電流互感器 4橋式整流器 5整定電阻 6起勵裝置 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)4三次諧波勵磁系統(tǒng)三次諧波勵磁系統(tǒng)313y在電機定子上加裝一套獨立的三次諧波繞組，其線圈節(jié)距把該繞組感應產(chǎn)生的三次諧波電動勢引出，經(jīng)整流后供給電機勵磁繞組，這種方式稱為三次諧波勵磁方式。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的勵磁方式同步電機的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)4三次諧波勵磁系統(tǒng)三次諧波勵磁系統(tǒng)ABC06541231發(fā)電機 2勵磁繞組 3諧波繞組 4整流器 5調(diào)節(jié)電阻 6集電環(huán)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-5 同步電機的額定值同步電機的額定值額定電壓額定電壓UN 指在額定運行時電機定子三相線電壓，單位為伏指在額定運行時電機定子三相線電壓，單位為伏( (V) )或千伏或千伏( (kV) )。額定電流額定電流IN 指電機在額定運行時流過定子繞