第六章同步電動機

1、教學目的：教學目的：1 了解三相同步電動機的基本工作原理了解三相同步電動機的基本工作原理2 了解三相同步電動機基本結(jié)構(gòu)和組成了解三相同步電動機基本結(jié)構(gòu)和組成3了解三相同步電動機調(diào)節(jié)功率因數(shù)的機理了解三相同步電動機調(diào)節(jié)功率因數(shù)的機理4 了解三相同步電動機的啟動特點及其啟了解三相同步電動機的啟動特點及其啟動方法動方法什么是同步電動機？什么是同步電動機？同步電動機同步電動機是一種交流電機，當電是一種交流電機，當電源頻率為源頻率為f1恒定時，它的轉(zhuǎn)速為恒定時，它的轉(zhuǎn)速為n也也恒定，恒定，n60f1/p，轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以稱為旋轉(zhuǎn)，所以稱為同步電動機同步電動機。一一 、同步電動機的

2、基、同步電動機的基本結(jié)構(gòu)本結(jié)構(gòu)同步電動機的結(jié)構(gòu)主同步電動機的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定、轉(zhuǎn)子部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間是氣隙。之間是氣隙。1.定子定子l同步電機的定子有時也稱為電樞，由定子鐵同步電機的定子有時也稱為電樞，由定子鐵芯、電樞三相繞組、機座和端蓋等部件所組芯、電樞三相繞組、機座和端蓋等部件所組成成。l定子接入三相交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場定子接入三相交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場滑環(huán)2.2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子同步電機的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極同步電機的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極式式a和隱極式和隱極式b。這是根據(jù)定、轉(zhuǎn)子之間。這是根據(jù)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來定義的。的氣隙的分

3、布情況來定義的。1）凸極式：有上圖可見，轉(zhuǎn)子有明顯的突出）凸極式：有上圖可見，轉(zhuǎn)子有明顯的突出的磁極，氣隙分布不均勻。的磁極，氣隙分布不均勻。2）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。 區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn)區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn) 的同步電機，在轉(zhuǎn)子的同步電機，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，我們采用隱極式，而對于低速旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上，我們采用隱極式，而對于低速旋轉(zhuǎn)的電機，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力的電機，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡單、勵磁繞組集中安放較小，故采用制造簡單、勵磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。的凸極式結(jié)構(gòu)。 大型同步發(fā)電機通常用汽輪機或水輪機作大型同

4、步發(fā)電機通常用汽輪機或水輪機作為原動機來拖動，故前者稱為汽輪發(fā)電機，為原動機來拖動，故前者稱為汽輪發(fā)電機，后者稱為水輪發(fā)電機。后者稱為水輪發(fā)電機。汽輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。汽輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。水輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。水輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。3.3.同步電動機的特點：同步電動機的特點：同步電動機適合拖動功率大而本身沒有調(diào)同步電動機適合拖動功率大而本身沒有調(diào)速要求的負載速要求的負載同步電動機可用同步電動機可用改變勵磁電流改變勵磁電流的方法調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)它的它的功率因數(shù)功率因數(shù)，運行時能夠改善電網(wǎng)運行時能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，的功率因數(shù)，這一優(yōu)點是異步電動機所這一優(yōu)

5、點是異步電動機所不具備的。不具備的。4. 同步電機的額定值有：同步電機的額定值有：1）額定電壓：）額定電壓：是指在正常運行時，按照制是指在正常運行時，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。電壓的單位用電壓的單位用V V或或kVkV表示。表示。2 2）額定電流：）額定電流：流過定子繞組的線電流流過定子繞組的線電流 。3 3）額定功率：）額定功率：是指在正常運行時，電機的是指在正常運行時，電機的輸出的有功功率輸出的有功功率 。A：對于發(fā)電機而言：輸出的是電功率。：對于發(fā)電機而言：輸出的是電功率。B：對于電動機而言：輸出的是機械功率。：對于電動機而言：輸出的是

6、機械功率。單位是單位是KW。4. 4. 相數(shù)相數(shù)m m ：一般：一般m=3m=3。5. 5. 額定頻率額定頻率: :我國額定工業(yè)頻率規(guī)定我國額定工業(yè)頻率規(guī)定 =50Hz.=50Hz.33cos10NNNNPU I33cos10NNNNNPU INfl6）額定轉(zhuǎn)速：）額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速即為電機的同步額定轉(zhuǎn)速即為電機的同步速，在一定極數(shù)及頻率時，它的轉(zhuǎn)速是速，在一定極數(shù)及頻率時，它的轉(zhuǎn)速是定值。定值。60NNfnp二、同步電動機的基本運行原理二、同步電動機的基本運行原理同步電動機的定子三相繞組接通三相交流同步電動機的定子三相繞組接通三相交流電源，流過三相對稱電流，產(chǎn)生一個電源，流過三相對稱電流，產(chǎn)

7、生一個在在空間以同步轉(zhuǎn)速空間以同步轉(zhuǎn)速n n0 0旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁通勢旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁通勢F Fa a稱稱為電樞磁通勢為電樞磁通勢。同步電動機的勵磁繞組。同步電動機的勵磁繞組通入直流勵磁電流，產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子相通入直流勵磁電流，產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子相對靜止的勵磁磁通勢對靜止的勵磁磁通勢F Ff f。當轉(zhuǎn)子靜止時，。當轉(zhuǎn)子靜止時，將電樞磁通勢建立的旋轉(zhuǎn)磁場用等效的將電樞磁通勢建立的旋轉(zhuǎn)磁場用等效的旋轉(zhuǎn)磁極表示如圖旋轉(zhuǎn)磁極表示如圖異步電動機的同步旋轉(zhuǎn)異步電動機的同步旋轉(zhuǎn)圖圖6-4 同步電機不能自行啟動同步電機不能自行啟動當定子等效磁極與轉(zhuǎn)子異性磁極的相對位當定子等效磁極與轉(zhuǎn)子異性磁極的相對位置如圖置如圖6-4a6

8、-4a）所示時，產(chǎn)生一個逆時針）所示時，產(chǎn)生一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，由于轉(zhuǎn)子具有機械慣方向的電磁轉(zhuǎn)矩，由于轉(zhuǎn)子具有機械慣性，旋轉(zhuǎn)磁場的速度又高，所以轉(zhuǎn)子尚性，旋轉(zhuǎn)磁場的速度又高，所以轉(zhuǎn)子尚未來得及正相轉(zhuǎn)動時未來得及正相轉(zhuǎn)動時, ,定子等效磁極已轉(zhuǎn)定子等效磁極已轉(zhuǎn)至圖至圖6-4b6-4b）所示位置。轉(zhuǎn)子又受反向轉(zhuǎn)）所示位置。轉(zhuǎn)子又受反向轉(zhuǎn)矩的作用。不難證明矩的作用。不難證明，轉(zhuǎn)子所受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子所受轉(zhuǎn)矩的平均值為零。因而不能自行起動。的平均值為零。因而不能自行起動。如果采用某種方法幫助起動，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速如果采用某種方法幫助起動，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升至同步轉(zhuǎn)速，這時勵磁磁通勢升至同步轉(zhuǎn)速，這時勵磁磁通勢F F

9、f f與電與電樞磁通勢樞磁通勢F Fa a均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在空間均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在空間相對靜止，合成磁通勢為相對靜止，合成磁通勢為稱為稱為氣隙磁通勢氣隙磁通勢，在空間以同步轉(zhuǎn)速在空間以同步轉(zhuǎn)速n n0 0旋旋轉(zhuǎn)。如用等效合成磁極模擬氣隙合成磁轉(zhuǎn)。如用等效合成磁極模擬氣隙合成磁通勢通勢 ，則此等效合成磁極將與轉(zhuǎn)子上，則此等效合成磁極將與轉(zhuǎn)子上的異性磁極之間產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，的異性磁極之間產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)。拖動轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)。等效合成磁極軸線等效合成磁極軸線超前轉(zhuǎn)子異性磁極軸線一個空間角度超前轉(zhuǎn)子異性磁極軸線一個空間角度，此角度的大小取決于轉(zhuǎn)子軸上阻轉(zhuǎn)矩的此角度的大小取

10、決于轉(zhuǎn)子軸上阻轉(zhuǎn)矩的大小。大小。即負載轉(zhuǎn)矩變化時，只影響此角即負載轉(zhuǎn)矩變化時，只影響此角度的大小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則始終保持同步轉(zhuǎn)度的大小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則始終保持同步轉(zhuǎn)速運行。速運行。 faFFF F 三、同步電動機的功率因數(shù)調(diào)節(jié)和三、同步電動機的功率因數(shù)調(diào)節(jié)和V形曲線形曲線當同步電動機拖動的有功負載保持常數(shù)的情況當同步電動機拖動的有功負載保持常數(shù)的情況下，調(diào)節(jié)同步電動機的下，調(diào)節(jié)同步電動機的勵磁電流勵磁電流，可以調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)它的它的功率因數(shù)功率因數(shù)。1)調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)節(jié)勵磁電流If， 時，定子電流時，定子電流此時定子電流此時定子電流I與電壓與電壓U同相位，同相位，電機不從電網(wǎng)吸取無功功率，定子電流最小

11、，電機不從電網(wǎng)吸取無功功率，定子電流最小，稱這時的勵磁狀態(tài)為稱這時的勵磁狀態(tài)為“正常勵磁正常勵磁” 2)2)當勵磁電流大于正常勵磁時，稱為當勵磁電流大于正常勵磁時，稱為“過勵過勵狀態(tài)狀態(tài)”， 因為要保持因為要保持 相位上超前電壓一個相位上超前電壓一個 角，這角，這是電動機除了從電網(wǎng)吸收有功功率之外，還是電動機除了從電網(wǎng)吸收有功功率之外，還吸收無功功率，所以吸收無功功率，所以此時，同步電動機對此時，同步電動機對改善電網(wǎng)的功率因數(shù)改善電網(wǎng)的功率因數(shù)有有很大的好處。很大的好處。001EE1IIcos1003EE0sinE常數(shù)01033,EEII331II3)3)當調(diào)節(jié)勵磁電流小于正常勵磁時，稱為當調(diào)

12、節(jié)勵磁電流小于正常勵磁時，稱為“欠勵狀欠勵狀態(tài)態(tài)”， 此時此時 相位上滯后電相位上滯后電壓一個壓一個 角，角，向外輸出向外輸出超前性質(zhì)的無功功超前性質(zhì)的無功功率的電流，率的電流，定子電流定子電流很少采用同步電動機的欠勵狀態(tài)很少采用同步電動機的欠勵狀態(tài)由以上分析可知；在輸出功率一定的條由以上分析可知；在輸出功率一定的條件下，定子電流件下，定子電流I I隨勵磁電流變化的關隨勵磁電流變化的關系曲線呈系曲線呈V V形，故稱形，故稱I=f(II=f(If f) )為為V V型曲線，型曲線，對于不同的輸出功率，有不同的曲線，對于不同的輸出功率，有不同的曲線，如此可得一簇曲線，如圖如此可得一簇曲線，如圖002EE01022,EEII221II同步電動機不能自行動，必須借助其他方同步電動機不能自行動，必須借助其他方法起動。同步電動機的起動方法有輔助法起動。同步電動機的起動方法有輔助電機法，變頻起動法和異步起動法等。電機法，變頻起動法和異步起動法等。一般采用異步起動法。一般采用異步起動法。10r阻尼繞組同步電動機異步起動原理圖采用異步起動法時，轉(zhuǎn)子上需加設鼠籠式采用異步起動法時，轉(zhuǎn)子上需加設鼠籠式起動繞組，起動時，先把勵磁繞組短接，起動繞組，起動時，先把勵磁繞組短接，接通電源，靠起動繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)接通電源，靠起動繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動，待轉(zhuǎn)速上升至接近同