電機學(xué)同步電機-全套課件

1、第五章同步電機第五章同步電機.23n了解同步電機的用途和主要分類n熟練掌握同步電機的基本工作原理n熟悉同步電機的基本結(jié)構(gòu)，熟練掌握隱極和凸極電機的結(jié)構(gòu)特點n熟練掌握同步電機的額定值n熟練掌握同步發(fā)電機標幺值系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標4定義：定義： 同步電機是指電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相同的交流電機。同步電機的轉(zhuǎn)速為運用范圍：運用范圍： n同步電機主要用來作為發(fā)電機運行；n同步電機也可作為電動機應(yīng)用，用于拖動生產(chǎn)機械，一般使用在不需要調(diào)速的低速大功率機械中；n此外，同步電機還可以作為同步補償機，他能夠?qū)ｉT用來向電網(wǎng)輸送感性和容性無功功率。pfnn10605678l同步發(fā)電機按同步發(fā)電機按原動機原動機分

2、類分類91011121314n同步電機的定子和異步電機相同，定子鐵芯上有齒和槽，槽內(nèi)設(shè)置三相繞組。轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵磁繞組。同步電機的磁極通常裝在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組放在定子上，通常稱為旋轉(zhuǎn)磁極式電機旋轉(zhuǎn)磁極式電機。n旋轉(zhuǎn)磁極式電機同步電機的轉(zhuǎn)子有凸極凸極和隱極隱極兩種結(jié)構(gòu)形式。n用汽輪機作為原動機來拖動的稱為汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機，一般采用隱極式隱極式結(jié)構(gòu)；用水輪機作為原動機來拖動的稱為水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機，一般采用凸極式凸極式結(jié)構(gòu)。同步電動機、由內(nèi)燃機拖動的同步發(fā)電機以及同步補償機同步補償機大多做成凸極式。151617181920212223l定子 同步電機的定子大體上和異步電機相同，是由鐵芯

3、、繞組、機座以及固定這些部分的其他構(gòu)件組成。l轉(zhuǎn)子 （以同步發(fā)電機為例） 1、汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代汽輪發(fā)電機一般都是二極的，同步轉(zhuǎn)速為3000或3600r/min。這是因為提高轉(zhuǎn)速可以提高汽輪機的運行效率，減小整個機組的尺寸、降低機組的造價。轉(zhuǎn)子不能做得過大，所以汽輪發(fā)電機的直徑較小直徑較小，長度較長長度較長。汽輪發(fā)電機均為臥式結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu)。 2、水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 大型水輪發(fā)電機通常都是立式立式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多，要求轉(zhuǎn)動慣量大，故其特點是直徑大直徑大、長度短長度短。2425同步電機的額定值（銘牌值）由以下幾種：l額定容量額定容量 或額定功率或額定功率l額定電壓額定電壓 是指同

4、步電機在額定運行時其定子三相的線電壓l額定電流額定電流 是指同步電機在額定運行時流過其定子繞組的線電流同步發(fā)電機同步電動機同步調(diào)相機額定容量發(fā)電機出線端的額定視在功率（VA）額定功率發(fā)電機輸出的額定有功功率（電功率）（W）轉(zhuǎn)軸上輸出的有效機械功率（W）發(fā)電機出線端輸出的無功功率（Var）NSNPNUNI26l額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) 是指同步電機在額定運行時的功率因數(shù)。l額定效率額定效率 是指額定運行時的效率。l額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 和額定頻率額定頻率 是指同步電機運行時的轉(zhuǎn)速（r/min）和定子繞組中電流與電壓的工作頻率（Hz）。l額定勵磁電壓額定勵磁電壓 和額定勵磁電流額定勵磁電流 是指同步電

5、機額定運行時加到勵磁繞組上的直流電壓和電流。NnNcosNNNNNNNIUSPcos3cos13cosNNNNNNNPPU I n發(fā)電機n電動機NffNUfNI1(NP -額定輸入功率）27282930313233n同步電機運行時，必須在其轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電流，以便建立磁場，這個直流稱為勵勵磁電流磁電流，供給勵磁電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系勵磁系統(tǒng)統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是同步電機的重要組成部分，勵磁系統(tǒng)和勵磁元件的性能對電機的運行性能有重要影響。n分類，勵磁系統(tǒng)主要有兩大類： 一類是直流發(fā)電機作為勵磁電源的直流勵磁機直流勵磁機勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)； 另一類是用整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的交流勵磁機整

6、流勵磁系統(tǒng)交流勵磁機整流勵磁系統(tǒng)。3435空載運行時，電樞電流為零，僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。主極磁通主極磁通分為主磁通主磁通和主極漏磁通主極漏磁通，主磁通所經(jīng)過的路徑稱為主磁路，主磁路，包括：空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛五個部分。 主極磁通是否通過氣隙 交鏈主磁通通過于定子繞住相交鏈主極漏磁通不通過僅與勵磁繞組相交鏈0f36 當轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主磁場就在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，它“切割”對稱的三相定子繞組后，就將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出頻率為 的一組對稱三相空載電動勢：忽略高次諧波時，勵磁電動勢的有效值為 式中： 為每極的主磁通量12000EEC00120BEE011044

7、. 4wkfNE000AEE f0373839404142定義定義磁極磁動勢的基波分量振幅 與實際磁動勢最大幅值 之比為 ，稱為電機的勵磁磁動勢波勵磁磁動勢波形系數(shù)形系數(shù)，即 隱極式同步電機的轉(zhuǎn)子繞組為分布繞組，在每極下有一個大齒和若干個小齒，轉(zhuǎn)子磁動勢的空間分布波形為階梯波形，如下圖所示，幅值為 （其中 為勵磁電流， 為勵磁繞組的每極匝數(shù)） fffNIF fIfNfffFFk11fFfFfkfx1fFfFff1ff大齒04344 凸極同步電機的繞組式集中繞組，它所產(chǎn)生的磁動勢是矩形波，幅值為 ，基波分量的振幅為勵磁磁動勢的波形系數(shù)波形系數(shù)14ffFF4fkfF4546474849505152

8、5354555657n畫在同一坐標平面上的時間相量圖和空間矢量圖稱為時空矢量圖時空矢量圖。n參考軸的選取參考軸的選取是任意的。但一般 把相繞組軸線作為空間矢量參考軸 令時間相量參考軸與空間矢量參考軸重合 相繞組軸線相軸； 轉(zhuǎn)子繞組軸線直軸； 與直軸正交（90度電角度）交軸直軸相軸，交軸時軸, ,EI UF B 時間相量：空間矢量：112 f5859606162636465n空載：I0，F(xiàn)a 0，氣隙磁場只由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生；n負載時：I0，F(xiàn)a 0，F(xiàn)a對Ff的影響稱電樞反應(yīng)n同步電機電樞磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢間的相對位置取決于負載電流的性質(zhì)。n同步和空載電勢 電機輸出電流 之間的相角 定義為內(nèi)功率因數(shù)角

9、內(nèi)功率因數(shù)角。 時，電流 滯后于 ；n端電壓 和 之間的相位角 稱為外功率因數(shù)角外功率因數(shù)角 。 0EII0EIU06667686970717273Fa在交軸，所以稱交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢 有增磁作用因為I、E同相，所以不發(fā)無功功率 90,000afaaaffFFEFIEFI同方向與同方向，與定，有：相矢圖中，按參考軸設(shè)aafFF0fFF074 Fa在交軸，所以稱交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢 有增磁作用因為I、E反相，所以不發(fā)無功功率fFF1807576 時間相量圖 時空矢量圖112 f時軸AE0AIBIBE0CE0CI相軸交軸時軸直軸112 f0EEaE01fFaIaF907778 時間相量圖

10、 時空矢量圖時軸112 fAE0AIBE0BICE0CI相軸，交軸時軸直軸112 f0EEaEaF1fFF0aI907980818283848586878889909192939495969798991001011021031041051061071081091101111121131141151161171181191201211221231241251261271281291301311321、定義2、用途 說明同步發(fā)電機的特性 測定同步電機的參數(shù)3、短路特性 同步發(fā)電機在短路時的量相量圖。 U0 很小 很?。?很小） 電機磁路處于不飽和又 ，所以，短路特性為一直線（ ）。0aIIkdkx

11、I jE0EkIEFkaffIFFFI1FkaIF NnnUfkIfI, 0jxrIUEEEaa01331341351361371381391. 定義：定義： 右圖為不同的 和不同的 時的負載特性，其中(1)空載特性，(2)零功率因數(shù)特性， 通過零功率因數(shù)曲線和空載特性曲線可以求取飽和同步電抗及電樞電抗。UfINUec012345Icos0I 900cosNII ConstConstIfIfUcos,140141142143144145146147148149150151152對供電的要求主要是：對供電的要求主要是：保證足夠的用電量，高的供電質(zhì)量（電壓和頻率為額定值），以及經(jīng)濟、可靠。u電力系

12、統(tǒng)中有許多發(fā)電廠并聯(lián)供電，可以合理地利用動力資源，對國民經(jīng)濟有很大意義。同步發(fā)電機并聯(lián)運行，是同步發(fā)電機最基本地運行方式，研究和掌握它地運行性能是有主要意義的。u當單臺發(fā)電機滿足U=const，f=const時，稱為無窮大電網(wǎng)或無窮無窮大電網(wǎng)或無窮大母線大母線。u同步發(fā)電機并聯(lián)運行與變壓器并聯(lián)運行的區(qū)別同步發(fā)電機變壓器初級、次級電壓必須相等，繞組阻抗決定負載電流的分配，負載電流能與容量成正比額定電壓、額定頻率相等，并聯(lián)后有共同的端電壓，空載電勢可不相同，同步電抗的數(shù)值不能決定負載電流的分配1531541551561571581591601611621631641651661671681691701711721731741751761771781791801811821831841851861871881891901911921931941951961971981992002012022032042052062072082092102112122132142、其他起動方法 同步電動機也可以用其他的輔助電動機拖動而起動，通常選用與同步電動機極數(shù)相同的感應(yīng)電動機（容量為主機的10%15%）作為輔助電動機。 在具有三相變頻電源的場合，也可以采用變頻起動法。三、